数据线供电（PoDL）与单对以太网（SPE）是汽车向以数据为中心的电动汽车转型过程中的下一步举措。随着现代汽车集成的以数据为中心的传感器和子系统数量不断增加，其产生的数据量已超出传统设计所能高效处理的范围。与此同时，汽车制造商还面临着尽可能减轻重量以降低成本的压力。
“车轮上的数据中心”这一概念的形成，得益于多项早期的技术进步，包括区域控制、更高电压导线以及SPE。如今的汽车面临着一项独特挑战：车辆各处分布着大量设备，各子系统之间需要实现通信。
传统的域控制策略为每个子系统分配独立的通信总线，这些总线贯穿整车。这种方式虽布局更简单直观，但会导致大量粗大的导线并行排列，需要长且厚重的线缆包裹。
相比之下，区域控制并非按设备功能，而是按设备位置来解决这一问题（如图1所示）。区域控制将特定区域（如发动机舱、后备箱、左前车门）内的所有设备整合到一根连接至中央计算机的线缆上，类似“中心-辐射”模式。这种设计大幅降低了布线复杂度、减轻了重量，并提高了可维护性。
另一项降低布线成本的进展是提高电力线伏）。假设受电设备保持不变且需要相同的电功率（功率=电流×电压），那么将电压翻倍或增至四倍，导线中的电流将分别减半或降至四分之一。
流经导线的电流与其线径成反比。根据欧姆定律（电流=电压÷电阻），如果电流大幅降低，导线就可以做得更细，从而同时减轻重量并降低成本。
促成PoDL的最后一项技术进展是单对以太网（SPE）的问世。与其他布线方式（控制器局域网或多对双绞线以太网）相比，SPE能满足汽车通信的特定需求。
采用1000BASE-T1协议的SPE数据传输速率可达1 Gb/s，是CAN FD实施方案的100倍，能够实现更快、更智能的通信。凭借这一特性，再加上与常规的两对或四对双绞线以太网相比更轻的重量，SPE能够高效传输数据，同时显著减轻重量。
PoDL将电力和数据整合到同一根导线中。其工作原理类似于以太网供电（PoE），不同之处在于它使用的不是四对双绞线以太网电缆，而是单对双绞线（即SPE）。
在供电设备（PSE）端，直流电源信号与高频、低压数据信号相耦合。而在受电设备（PD）端，直流信号和数据信号会被相互隔离。随后，直流电压被输送至DC-DC转换器，为相关子系统提供所需电力。
图2展示了用于构成耦合去耦网络（CDN）的电容器和电感器。电容器用于从数据信号中去除所有直流电源，电感器则用于过滤掉电力线中的所有高频信号。
尽管SPE和PoDL能高效传输数据与电力，但它们必须得到保护，以防范任何过压或过流事件。配备PoDL的SPE通过三个保护措施来解决这一问题。第一包括对供电设备（PSE）的保护。PSE通常集成升压电路，将电压从12伏提升至24伏或48伏。这一点对下游的受电设备（PD）而言至关重要，因为PSE面临着过压和过流风险。
为缓解这一风险，PSE电路中包含金属氧化物压敏电阻（MOV）或多层压敏电阻（MLV）以及瞬态电压抑制（TVS）二极管，用于过压保护；采用聚合物正温度系数（PPTC）自恢复保险丝进行过流保护，并使用精密分流器进行电流监测。MOV或MLV非常适合应对大型过压事件。通常，MOV和MLV与能够提供大电流的电压源（如12伏铅酸蓄电池）并联。它们成本低廉，且能以紧凑的尺寸承受数百安培的电流。
与MOV和MLV一样，TVS二极管也是一种可靠的技术，具有精确的过压钳位作用。该器件能钳位过剩电压，确保进入SPE电缆的电压不超过预期值（24伏或48伏）。第二重保护措施是使用PPTC自恢复保险丝来应对过流情况，防止过流事件损坏电缆、线路或关键器件。
电流检测也发挥着重要作用。为使升压转换器能够检测输入或输出功率中的异常波动，电流检测电阻及其检测电路会持续监测过流事件。这些元件配置在PSE升压转换器中（如图3所示）。
如前所述，假设SPE电缆传输的是较高电压，那么这些电压必须经过降压才能供受电设备（PD）或负载使用。这一过程通过降压型DC-DC转换器实现。与供电设备（PSE）一样，受电设备（PD）也需要适当的保护以防范过压或过流事件。多种器件可实现这一目的，例如电流传感器、金属氧化物压敏电阻（MOV）、瞬态电压抑制（TVS）二极管以及聚合物正温度系数（PPTC）自恢复保险丝（如图4所示）。
在电压和电流波动的系统中，电流传感器尤为关键。可靠的电流传感器采用分压器结构，通过低阻分流器进行测量。金属氧化物压敏电阻（MOV）的性能类似更耐用的瞬态电压抑制（TVS）二极管，能够将高电压从敏感元件处引开。聚合物正温度系数（PPTC）保险丝通常是可复位的，这使其在汽车应用中极具价值，因为汽车在使用过程中，重新维修的机会可能有限。由于DC-DC转换器工作在不同的电压等级下，每个保护器件都必须有相应的额定值。
确保免受过压和过流事故影响的最后一项保护措施，是对SPE数据线所示，瞬态阻断单元（TBU）以及金属氧化物压敏电阻（MOV）或多层压敏电阻（MLV）被用于保护SPE的数据线。
瞬态阻断单元（TBU）的作用类似于可复位的PPTC保险丝，因其反应速度极快（纳秒级），所以在数据线上更受青睐。能在电涌发生的纳秒瞬间做出反应，可确保精密电路得到保护，同时尽可能保留数据。
与TBU器件配合使用时，多层压敏电阻（MLV）能为数据线提供低电容的过压保护，抵御静电放电（ESD）和电涌的影响。鉴于信号完整性的重要性，像MLV这类低电容器件是SPE等信号线保护的理想选择。它们还能在小型封装中实现低压钳位功能。
以PoDL和SPE技术为代表的汽车数据网络的演进，标志着在打造更高效、更安全的车载系统方面迈出了重要一步。通过将电力和数据整合到单条线路中，PoDL同时解决了两大挑战：减轻车辆重量，以及满足现代传感器和子系统日益增长的数据需求。
这一进步的关键在于实施强大的保护机制。过压和过流防护措施（包括TVS二极管、PPTC自恢复保险丝、MOV和TBU）有助于确保网络抵御电涌的韧性。这些保护措施不仅能保护电源和数据连接，还能提升车辆电子生态系统的整体可靠性和安全性。
