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有源以太網(wǎng)“走進”汽車應用,系統(tǒng)成本無增加?

發(fā)布時間:2014-11-06 責任編輯:echolady

【導讀】在汽車市場,消費者對汽車的需求推動了先進駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)的應用。ADAS逐漸成為汽車的標桿。后視停車傳感器和攝像頭是很好的應用實例。眾所周知,以太網(wǎng)能夠通過非屏蔽雙絞線提供高帶寬數(shù)據(jù)傳輸,有源以太網(wǎng)隨著技術的發(fā)展走進汽車應用領域。

標準以太網(wǎng)可通過低成本的非屏蔽雙絞線提供高帶寬數(shù)據(jù)傳輸,事實證明,這個解決方案對 ADAS 應用極具吸引力。從歷史角度回顧技術發(fā)展可以發(fā)現(xiàn),采用基于標準的解決方案已經(jīng)得到了充分理解,多個供應商服務多個市場,從而形成規(guī)模經(jīng)濟并最終提供最低的擁有成本。然而,采用根據(jù)大量補充性 IEEE 標準推出的標準以太網(wǎng)還另有其他的整體優(yōu)勢,而這一點卻常常受到忽略。有源以太網(wǎng) (PoE) 的使用就是其中一個例子。

那么它是如何運作的呢?從汽車制造商的角度而言,在汽車周圍添加多個攝像頭傳感器會增加布線內容,毫無意外,這是他們不想看到的結果。此外,位置較遠的汽車傳感器也需要沿著數(shù)據(jù)接線傳輸電力。這通常導致每個傳感器均需使用額外的一對接線,從而遠程為各個設備供電。然而,IEEE 802.3af(標準)和 IEEE 802.3at(功率增大型)指定了根據(jù)數(shù)據(jù)在同一根線纜上配電的方式——采用該類技術意味著使用標準以太網(wǎng)接口的遠程傳感器設備有效消除了對額外電纜的需求。在這個例子中,不僅接線數(shù)量得到減少,利用標準PoE展現(xiàn)這一穩(wěn)定技術的優(yōu)勢也令汽車應用受益——不增添額外的系統(tǒng)成本。

IEEE802.3af/at PoE運行的基本原理如圖 1 所示。這解釋了如何能夠在不增添額外系統(tǒng)成本的情況下得到執(zhí)行。

市場分析:有源以太網(wǎng)“走進”汽車應用,系統(tǒng)成本無增加?
圖1:IEEE802.3af/at 有源以太網(wǎng);幻象供電法原理
 
如圖所示,PoE架構包含兩大要素。供電端設備 (PSE) 供應電力和受電端設備 (PD) 接受電力。專用的 PSE 控制器必須對 PD 進行檢測和分類,然后再分三個階段流程供電:發(fā)現(xiàn):PSE 確認是否連接到有效且兼容的設備;分類:PSE 核對 PD 的電力需求;運行:如果1 號和 2 號條件確實有效且 PSE 可以提供充足電力,PSE將啟用 VPSE電壓(介于 44V 到 57V 之間)。

作為“幻象供電”技術,PoE電壓 VPSE應用于標準 100BASE-TX 以太網(wǎng)變壓器的中心抽頭。電流會沿著兩條接線下流到 PD 端的以太網(wǎng)變壓器中心抽頭。每個繞組各承載一半電極相反的電流,因此,通過變壓器的總 DC 電流實際上應該為零。這種“幻象供電”法具備一個重要優(yōu)勢,即抑制 PD 端變壓器的共模噪聲,但這僅適用于 100BASE-TX 以太網(wǎng)接口。隨著共模噪聲散入差動以太網(wǎng)信號并被清除,PSE發(fā)出的噪聲或沿雙絞線電纜提取的噪聲將實現(xiàn)耦合。如果 RX 和 TX 接線對偶然交換,PD端需要使用橋式整流器啟用整流并以極性不敏感的方式發(fā)揮作用。

其他變壓器的中心抽頭會提供 PSE 的接地回路路徑,這將產生第二個重要優(yōu)勢,即 PD 和 PSE 接地的電流隔離。兩端的接地電位不同時,電流隔離的作用非常重要,能夠防止形成輻射接地回路——這種情況很可能對汽車意義重大。這種優(yōu)勢也是安裝100BASE-TX 以太網(wǎng)所獨有的。
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幻象供電如何能夠為汽車應用優(yōu)化

對汽車應用運用此類 IEEE PoE方法時會產生相當大的優(yōu)化機會(圖 2)。

消除傳統(tǒng)的 PSE 控制器是主要差異。這可能是由于汽車應用的 PD 端為已知且固定,因此無需經(jīng)過發(fā)現(xiàn)和分類階段。我們以后視攝像頭模塊及其機頭單元之間的接口為例。在這種情況下,相對昂貴的 PSE 控制器可以用低成本的 DC-DC 穩(wěn)壓器代替,在電流過載故障情況下提供關閉保護。通過為汽車應用更加適合的較低PoE電壓VPSE,例如 12 V,PD 端也可以使用一個電壓較低(并且成本較低)的 DC-DC 穩(wěn)壓器。需要注意的是,從 12V PoE運行時,每個端口可以獲得約 6W 的額定功率,如果需要額外功率,可以使用更高的PoE電壓(或增強的額定電流磁性)。另一個優(yōu)勢是,由于汽車接線也將固定,PD端也不再需要普通的橋式整流器。

市場分析:有源以太網(wǎng)“走進”汽車應用,系統(tǒng)成本無增加?
圖 2:優(yōu)化機會使用“幻象供電”的 100Base-TX PoE 汽車
市場分析:有源以太網(wǎng)“走進”汽車應用,系統(tǒng)成本無增加?
表 1:汽車PoE成本和性能優(yōu)勢
 
盡管經(jīng)過優(yōu)化且降低了最終成本,但由于采用“幻象供電”法,汽車應用的標準以太網(wǎng)PoE仍具備其他優(yōu)勢。特別是PD 端共模噪聲抑制和 PD / PSE 接地隔離,如表 1 所示。
可以明確的是,在汽車應用中,IEEEPoE已具備所有優(yōu)勢且無需任何額外成本。沒有額外的接線,并可以使用現(xiàn)有的標準以太網(wǎng)磁性元件和現(xiàn)有的標準電源管理。同樣地,汽車市場的價值定位也相當獨特——即它是貨真價實的“免費PoE”。

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