第九篇技术笔记：PoDL：一根线，供电上网两不误

写在开篇最近一位新疆美女导游特别火说的也听感动湾湾当归早日回到祖国的怀抱不是因为技术做不到是因为那边有人需要。车载以太网也是这个道理。不是“把电源和数据放一根线上”这个技术有多难是车上的摄像头、雷达、传感器需要——能省一根是一根能减一克是一克。一、写着写着我又想到一个问题前面几篇啰里八嗦的把PHY、MAC、PAM3、屏蔽、差分信号、IP、MAC地址几乎都啃了一个遍。但有个问题一直没解决摄像头的电从哪来ADAS摄像头装在挡风玻璃上、后视镜上、保险杠上。如果每颗摄像头既要拉一根以太网线传数据又要拉一根电源线供电那线束还是那么多重量还是那么重。那能不能把电源和数据用同一根线传你别说还真能。NB的工程师们设计并把这项技术叫PoDL。二、PoDL是什么PoDL全称Power over Data Line中文叫“数据线供电”。简单说通过同一对双绞线同时传输数据和直流电源。你家里的路由器可能支持PoE——一根网线既传数据又供电摄像头不用单独插电源。PoDL就是PoE的“单对线版本”。对比项PoEPoDL线对数量2对或4对1对典型电压44-57V12-48V典型场景IP摄像头、无线AP车载摄像头、雷达、传感器关键点PoDL不是简单地把PoE“砍一半”它是为单对以太网SPE量身定制的供电方案。补充PoE是“Power over Ethernet”的缩写就是“以太网供电”。家用PoE用的是RJ45网线8芯车载PoDL用的是1对双绞线2芯。三、先回答你那个“先有鸡还是先有蛋”的问题学的过程中遇到了个小问题说是会通过交互确认是不是支持PoDL我就困惑了相信你也会困惑如果零部件不支持PoDL它都供不上电你又是如何能进行协议交互问它支持不支持的呢这是个绝佳的问题再次佩服我自己也是PoDL设计中最精妙的地方。答案是检测阶段用的不是“正常供电”而是“微弱的试探信号”。PoDL的工作流程分三步第一步检测Detection——用小电压试探不供电供电设备PSE先在线缆上施加一个很低的电压通常1.5V-10V和很小的电流限制在几毫安。这个电压很低即使接到不支持的设备上也不会烧坏东西。就像一个手电筒照一下对面看有没有人回应而不是直接扔一颗炸弹过去。第二步被供电设备PD回应“我是谁”如果对面设备支持PoDL它内部有一个特定的签名电路——比如一个特定阻值的电阻如25kΩ或一个齐纳二极管。PSE通过测量线缆上的电压/电流特性我的理解就是利用了欧姆定律就能判断“哦对面有个25kΩ的电阻这说明它是支持PoDL的设备。”如果对面没有这个签名电路PSE就知道“这不支持PoDL”然后彻底断电不再继续。第三步分级Classification——协商要多少电确认支持后PSE再通过一个叫串行通信分级协议SCCP和设备对话“你要多少瓦”设备回答后PSE才按需供电。一个类比你想给朋友送充电宝但不知道他手机支不支持快充。你不会直接插上满功率输出——那可能会烧了他的手机。你会先拿出一个5V/0.5A的小充电头检测试探问他“你支持快充吗”他回答“支持我需要9V/2A”分级协商你才拿出快充头给他充电。PoDL的检测阶段就是那个“5V/0.5A小充电头”——电压低、电流小即使接错了也不会出事。所以不是“先供电再问”而是“先试探确认安全后再供电”。四、PoDL怎么工作的原理其实不复杂。第一步在发送端把电源“叠”到数据线上PHY芯片发送的数据信号是高频、低压的±1V左右。车载电源是12V或24V、48V的直流电。用一个叫耦合电感的元件把直流电源叠加到数据线上。两者频率不同互不干扰。第二步在线缆上数据和电源一起跑同一对双绞线上既有±1V摆动的数据信号又有12V的直流电源。就像高速公路上的“客货混跑”——客车数据走快车道货车电源走慢车道互不影响。第三步在接收端把电源“拆”出来远端设备摄像头收到信号后再用一个耦合/解耦网络把电源和数据分开数据信号→PHY芯片处理直流电源→给摄像头供电简单类比就像快递员给你送包裹包裹里既有文件数据又有现金电源。你收到后把文件和现金分开各归各处。五、在车上到底谁用PoDL谁不用我提的这个有关实战中的好问题我相信你也会存疑。现状是零部件供电方式原因域控制器、座舱控制器单独供电功率大几十到上百瓦PoDL带不动智驾摄像头PoDL功率小2-5W省一根线价值大毫米波雷达PoDL同上超声波传感器PoDL同上显示屏看情况小屏可以PoDL大屏单独供电核心逻辑大功率设备域控、座舱→ 单独拉电源线以太网只传数据小功率传感器摄像头、雷达→ PoDL数据电源一根线搞定TI的参考设计中PoDL方案给摄像头供电功率等级最高约12W。域控制器动辄几十瓦根本带不动。还有一个例外网关网关是“配电枢纽”的角色。它自己单独供电但下面挂的传感器可以用PoDL从网关取电。网关内部有智能配电单元通过半导体开关给各个负载供电同时监测电流、做过流保护。一句话总结“大家伙”自己吃饭单独供电“小家伙”从网线上蹭电PoDL。六、PoDL的安全机制把电源和数据放在一根线上短路怎么办接错怎么办IEEE 802.3bu的标准定义了一套安全机制1. 检测阶段PSE先小电压试探确认对面是PoDL设备2. 分级阶段通过SCCP数字通信协商功率等级3. 过流保护PSE输出端有高侧开关实时监测电流一旦过流立刻切断4. 共模扼流圈CMC滤除共模干扰同时让差模信号数据和直流电源顺利通过这些机制合在一起确保PoDL安全可靠。七、PoDL在车上的典型应用PoDL主要用于低功耗的边缘节点ADAS摄像头环视、后视、前视功耗一般2-5W毫米波雷达功耗也在几瓦级别超声波传感器自动泊车用的那些小探头论上P理oDL最高支持52W但在车载12V系统里实际能传的功率受限于线缆长度和线径。给摄像头供电绰绰有余但给域控制器供电就不够了。八、踩的坑最大的坑以前我以为“PoDL就是先供电再问支不支持”。这次才知道检测阶段用的是小电压试探不会烧坏设备。这是一个“先问再给”的设计不是“先给再问”。第二个坑以前我以为车上所有零部件都用PoDL。这次才知道只有小功率传感器用PoDL域控、座舱这些“大家伙”还是单独供电。想通的那一瞬间是当我意识到——PoDL和前面讲的“4对改1对”是同一个逻辑能省一根是一根能减一克是一克。省不了的不强求能省的一定省。九、下步目标PoDL算是把“省线”这件事讲透了。下步准备搞搞以太网帧结构——数据到底是怎么打包的前导码、MAC地址、类型、数据、FCS每一段长啥样下期预告以太网帧解剖我把一个真实的数据包拆开给你看感觉每次自己定下的下期学习预告总是被自己的临时想法给打乱哎没办法谁让自己问题太多呢一步步来吧想到哪学到哪十、写在最后这次最大的收获是终于搞懂了PoDL那个“先有鸡还是先有蛋”的问题。不是先供电再问而是先小电压试探确认安全后再供电。诚邀谈心你在车上见过哪些“一根线干两件事”的设计留言告诉我咱们一起开眼界。坚持不懈努力到感动自己嘿嘿。写好啦又晚啦准备睡觉觉。明天周日起来继续期待有一天也能像大神们一样洋洋洒洒写出很多很看起来就NB的车载以太网技术笔记努力学习加油886。