【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（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，以太網能夠通過非屏蔽雙絞線提供高帶寬數據傳輸，有源以太網隨著技術的發展走進汽車應用領域。
標準以太網可通過低成本的非屏蔽雙絞線提供高帶寬數據傳輸，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展可以發現，采用基于標準的解決方案已經得到了充分理解，多個供應商服務多個市場，從而形成規模經濟并最終提供最低的擁有成本。然而，采用根據大量補充性 IEEE 標準推出的標準以太網還另有其他的整體優勢，而這一點卻常常受到忽略。有源以太網 (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據接線傳輸電力。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）指定了根據數據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，不僅接線數量得到減少，利用標準PoE展現這一穩定技術的優勢也令汽車應用受益——不增添額外的系統成本。
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成本的情況下得到執行。
圖1：IEEE802.3af/at 有源以太網；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：發現：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 以太網接口。隨著共模噪聲散入差動以太網信號并被清除，PSE發出的噪聲或沿雙絞線電纜提取的噪聲將實現耦合。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。這種優勢也是安裝100BASE-TX 以太網所獨有的。
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幻象供電如何能夠為汽車應用優化
對汽車應用運用此類 IEEE PoE方法時會產生相當大的優化機會（圖 2）。
消除傳統的 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，因此無需經過發現和分類階段。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。
圖 2：優化機會使用“幻象供電”的 100Base-TX PoE 汽車
表 1：汽車PoE成本和性能優勢
盡管經過優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PoE仍具備其他優勢。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已具備所有優勢且無需任何額外成本。沒有額外的接線，并可以使用現有的標準以太網磁性元件和現有的標準電源管理。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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