오토모티브 애플리케이션을 위한 표준 이더넷 PoE는 최적화 및 궁극적인 비용절감과 더불어 팬텀 전원공급 방법을 통해 부가적인 혜택을 제공한다. 주목할 만한 장점은 PD 및 PD/PSE 접지 절연으로 공통모드 노이즈 제거가 가능하다는 점이다.

차량 안전에 대한 요구가 높아지면서 자동차에 ADAS(Advanced Driver Assistance System)를 도입하려는 움직임이 활발하다. 후방 주차 센서 및 카메라는 이미 보편화되었고, 더 나아가 점점 더 정교한 센서 기반 시스템들이 차선이탈 및 표지판, 신호등, 보행자 인식 기능 등을 제공하게 될 것이다.
표준 이더넷은 ADAS 애플리케이션을 위한 최적의 솔루션으로 입증되고 있다. 이 기술은 저렴한 UTP(Unshielded Twisted Pair) 케이블을 통해 높은 대역폭의 데이터 전송이 가능하고, 표준 기반 솔루션으로 이미 잘 알려져 있다. 시장에 진출한 여러 공급업체들이 대량생산을 통해 원가를 낮춤으로써 소유비용을 절감할 수 있다는 것도 큰 장점이다. 하지만 PoE(Power over Ethernet)와 같은 여러 상호보완적인 IEEE 표준 기반의 이더넷을 사용함으로써 얻을 수 있는 총체적인 혜택은 일반적으로 간과되기 쉽다. 흥미로운 점은, 오토모티브 시장은 PoE와 더불어 표준 이더넷을 도입함으로써 최고의 이득을 얻을 수 있다는 것이다.
차량 내에 여러 카메라 센서들이 추가되면서 자동차 제조사들에게는 반갑지 않은 배선 문제도 동시에 증가하고 있다. 또한 멀리 위치한 차량 센서들은 데이터 배선을 따라 제공되는 전원이 필요하다. 이로 인해 추가의 전선이 각 디바이스에 전원을 공급하기 위해 센서 별로 연결돼야 한다.
IEEE 802.3af(표준) 및 IEEE 802.3at(increased power)는 케이블 하나에 데이터와 전원을 동시에 보내는 방법을 규정하고 있다. 이러한 기법을 적용함으로써 표준 이더넷 인터페이스를 활용하는 원격 센서 디바이스는 부가적인 전원 케이블을 사용할 필요가 없다. 또한 배선을 줄이는 것은 물론, 오토모티브 애플리케이션은 이러한 안정적인 기술의 모든 장점을 제공하는 최적화된 표준 PoE를 통해 시스템 비용을 추가하지 않고도 확실한 혜택을 얻을 수 있다.
어떻게 이것이 가능한지 이해하기 위해, 그림 1에 나타낸 것처럼 기본적인 IEEE802.3af/at PoE 동작원리를 살펴보도록 하자.
PoE 아키텍처는 전원을 공급해주는 PSE(Power Sourcing Equipment)와 전원을 공급받는 PD(Power Device)로 구성된다. 전용 PSE 컨트롤러는 전원을 공급하기 전에 3단계의 프로세스로 PD를 감지하고 식별해야 한다.

1. 감지: PSE는 유효하고 적합한 PD 디바이스와 연결되어 있는지 확인한다.
2. 식별: PSE는 PD가 요구하는 전원인지 확인한다.
3. 가동: 감지 및 식별이 유효하다면, PSE는 충분한 전원을 공급하게 되며 VPSE 전압(44 V에서 57 V 사이)을 인에이블 한다.

PoE 전압 VPSE는 표준 100base-TX 이더넷 트랜스포머 중앙 탭에 적용되며, 이는 팬텀 전원공급(Phantom Supply)으로 알려진 기법이다. 전류는 PD 측 이더넷 트랜스포머 중앙 탭으로 전선을 따라 내려간다. 각 권선은 반대 극성의 전류 절반을 전달하기 때문에 트랜스포머를 통과하는 총 DC 전류는 실제로 제로다. 이러한 방법은 PD 측 트랜스포머에서 공통모드 노이즈 제거와 같은 혜택을 제공하게 되며, 이는 100base-TX 이더넷 인터페이스에서만 가능하다. PSE나 트위스트 페어 케이블 배선을 따라 발생하는 노이즈는 공통모드 노이즈처럼 차동 이더넷 신호와 상쇄되기 때문에 제거된다.


PD 측에서 브리지 정류기는 RX 및 TX 전선들이 잘못해서 바뀌는 경우 정류 인에이블 및 극성을 구분하기 위해  필요하다.
PSE로의 접지 리턴 경로는 다른 트랜스포머의 중앙 탭을 통해 제공되며, PD 및 PSE 접지의 갈바닉 절연 혜택을 제공한다. 이러한 절연은 각 사이드에서 접지의 차이가 발생할 때 유발되는 방사성 접지 루프를 방지하기 위해 중요하며, 이는 차량 내에서 상당히 심각한 문제가 될 수도 있다. 물론 이러한 혜택 또한 100base-TX 이더넷 구현에서만 가능한 것이다.

오토모티브에 최적화

그림 2에 나타낸 것처럼, 이러한 IEEE PoE 방법을 오토모티브 분야에 적용할 경우 더 많은 최적화가 가능하다는 점도 상당히 흥미롭다.
가장 큰 차이점은 기존의 PSE 컨트롤러를 제거했다는 것이다. 오토모티브 애플리케이션에서 감지 및 식별 단계는 PD 측이 항상 인식 가능하고 고정돼 있기 때문이다.
좋은 사례로 헤드유닛과 후방 카메라 모듈 간의 인터페이스를 들 수 있다. 상대적으로 값비싼 PSE 컨트롤러는 저렴한 DC-DC 레귤레이터로 대체가 가능하며, 전류 과부하와 같은 오류 발생 시 셧다운 보호 기능을 제공할 수 있다. IEEE802.3af/at에서 규정한 48 V 보다 낮은 12 V의 보다 적절한 낮은 PoE 전압 VPSE를 사용함으로써 더욱 저렴한 비용 및 낮은 전압의 DC-DC 레귤레이터를 PD 측에 활용할 수 있다. 12 V로 PoE를 구동할 때에도 포트 당 6 W 이상의 전력 소요량을 달성할 수 있다. 또한 차량용 배선은 고정돼 있기 때문에 PD 측에서 공통 브리지 정류기도 제거할 수 있다.
최적화 및 궁극적인 비용절감과 더불어, 오토모티브 애플리케이션을 위한 표준 이더넷 PoE는 팬텀 전원공급 방법을 통해 부가적인 혜택을 제공한다. 한 가지 주목할 만한 장점은 PD 및 PD/PSE 접지 절연으로 공통 모드 노이즈 제거가 가능하다는 점이다.
여기에서 제시된 최적화를 자세히 살펴보면, IEEE PoE의 모든 핵심 혜택은 어떠한 추가 비용도 소요되지 않는다는 것이다. 또한 추가적인 전선도 필요하지 않으며, 표준 이더넷 마그네틱 및 표준 전력관리가 모두 유지된다. 따라서 오토모티브 시장은 무료로 제공되는 PoE의 개념적 측면에서 상당히 독보적인 가치를 부여할 수 있다. 

AEM_Automotive Electronics Magazine