作者：Don Horne

投稿人：DigiKey 北美編輯

自動(dòng)化正在取代傳統(tǒng)的分布式控制系統(tǒng)，且創(chuàng)新技術(shù)不僅能提供更高性能，還能節(jié)省空間、降低成本。對(duì)于未來工廠而言，單對(duì)以太網(wǎng) (SPE) 是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)不可或缺的部分。

在為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施時(shí)，SPE 是絕對(duì)必要的。這一新的以太網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)適用于工廠、樓宇和過程自動(dòng)化，有助于更快、更安全地部署集成戰(zhàn)略。

傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線被公認(rèn)為是對(duì)汽車和工業(yè)控制應(yīng)用至關(guān)重要的時(shí)效性信息傳輸協(xié)議。然而，隨著網(wǎng)絡(luò)中執(zhí)行器和傳感器數(shù)量的增加，傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線已成為瓶頸，而且由于笨重的現(xiàn)場(chǎng)總線電纜占用了太多空間，隨著更多鏈路的引入，瓶頸問題只會(huì)變得更加嚴(yán)重。

迄今為止，通過數(shù)據(jù)供電線路（PoDL) 向終端設(shè)備同時(shí)供電需要兩對(duì)銅線。現(xiàn)在，PoDL 所需的四根導(dǎo)線已成為過去，因?yàn)?SPE 除了能夠傳輸數(shù)據(jù)外，還能實(shí)現(xiàn) PoDL，從而為工業(yè)以太 網(wǎng)開辟了全新的應(yīng)用領(lǐng)域。

[TDK Electronics] 專門生產(chǎn)汽車和工業(yè)電子領(lǐng)域的重要元器件。所有這些產(chǎn)品和技術(shù)的共同點(diǎn)是 IIoT 和 SPE，其中單對(duì)以太網(wǎng)供電 (SpoE)、電源、電源設(shè)備 (PSE) 和控制器以太網(wǎng)設(shè)備都在發(fā)揮作用。

通過使用 [LTC4296-1]5 端口 SPoE PSE 控制器（圖 1）的設(shè)備，包括安防系統(tǒng)、操作技術(shù) (OT) 系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)儀表和開關(guān)、樓宇和工廠自動(dòng)化系統(tǒng)以及交通控制系統(tǒng)，[Analog Devices Inc.]與 TDK Electronics 一樣，都走在了讓 IIoT 更快速、更可靠的最前沿。

圖 1：使用 LTC4296-1 的、符合 IEEE 802.3cg 標(biāo)準(zhǔn)的 SPoE PSE，圖中所示為五個(gè)端口中的一個(gè)，為清晰起見省略了一些引腳。（圖片來源：Analog Devices Inc.）

LTC4296-1 采用 QFN-48 封裝，是一款符合 IEEE 802.3cg 標(biāo)準(zhǔn)的五端口 SPoE PSE 控制器（圖 2）。LTC4296-1 通過 SPoE 簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)和安裝，并在單對(duì)電纜上使用標(biāo)準(zhǔn)化電源和以太網(wǎng)數(shù)據(jù)，因此非常適合與 802.3cg 供電設(shè)備進(jìn)行互操作。

LTC4296-1 采用外置低漏源極導(dǎo)通電阻 (RDS ON ) N 溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (MOSFET) 供電，既能最大限度地降低壓降，又能確保應(yīng)用堅(jiān)固耐用。

圖 2：LTC4296-1 專為實(shí)現(xiàn)最佳互操作性而設(shè)計(jì)。（圖片來源：Analog Devices Inc.）

模擬限流 (ACL) 可使用帶折返功能的高壓側(cè)斷路器提供短路和受控浪涌保護(hù)。通過可選配的低壓側(cè)斷路器保護(hù)負(fù)輸出，可避免非隔離應(yīng)用中的反向饋電故障和接地故障。

此外，為確保只有在出現(xiàn)功率輸送 (PD) 時(shí)才將全工作電壓施加到電纜上，必須通過串行通信分類協(xié)議 (SCCP) 進(jìn)行 PD 分類，同時(shí)保持全電壓簽名 (MFVS)。

LTC4296-1 等器件提供了多功能 SPoE、PSE 解決方案，并可輕松集成以實(shí)現(xiàn)最佳的控制器應(yīng)用。

利用電感器實(shí)現(xiàn)無干擾數(shù)據(jù)傳輸

有不同的電感器可用于多種應(yīng)用。10BASE-T1L 應(yīng)用的電感器類型包括共模扼流圈 (CMC)、隔離電感器 (ICI) 和差模電感器 (DMI)。

[ICI70CGI]系列隔離電感器解決了某些應(yīng)用中 PHY 和連接器之間的電隔離問題。這些電感器的數(shù)據(jù)耦合比為 1:1，電感值分別為 1.0 mH 和 2.2 mH，隔離電壓為 2250 V DC 。

使用 PoDL，只需一對(duì)電線就能連接傳感器和執(zhí)行器，并通過該線路實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和電力傳輸。該連接器采用特殊的差模扼流圈，這是一種無源電子器件，可抑制電路中的高頻噪聲，通過衰減差模噪聲起到濾波器的作用。在使用 PoDL 實(shí)施工業(yè) SPE 時(shí)，無論是否有電力傳輸，在特定應(yīng)用中都需要在 PHY 和連接器之間進(jìn)行電隔離。如 RCM70CGI-471（圖 3）等隔離電感器，具有 1:1 的轉(zhuǎn)換比能力。

抑制不對(duì)稱干擾對(duì)于實(shí)現(xiàn)無干擾數(shù)據(jù)通信來說至關(guān)重要。[RCM70CGI-471]基于 10BASE-T1L 的 IEEE 802.3cg 標(biāo)準(zhǔn)，是一款共模扼流圈，設(shè)計(jì)電壓為 80 V，最大電流為 700 mA，電感值為 470 μH。

圖 3：RCM70CGI-471 共模扼流圈基于 IEEE 802.3cg 標(biāo)準(zhǔn)。（圖片來源：TDK）

為了抑制系統(tǒng)中的干擾，需要采用一種特殊的差模扼流圈。

根據(jù) IEEE 802.3cg 標(biāo)準(zhǔn)，PID 系列可提供多種版本，可涵蓋所有六個(gè)功率等級(jí)（10 至 15），且該系列的飽和電流范圍為 360 mA 至 2100 mA。

PoDL 評(píng)估板確保連接性

IIoT 需要整體系統(tǒng)集成，以確保從終端設(shè)備到控制室的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸連接。SPE 將簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)，傳輸速率最高可達(dá) 10 Mbps，傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá) 1000 米，同時(shí)還可供電。

TDK 針對(duì)六種不同功率等級(jí)開發(fā)了不同的 10BASE-T1L 即插即用測(cè)試板，以匹配下列源自 [EVAL-ADIN1100EBZ]（圖 4）、[EVAL-ADIN1110EBZ]的評(píng)估板，并加速設(shè)計(jì)和測(cè)試階段。

圖 4：SPE 將簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)，傳輸距離可達(dá) 1000 米，傳輸速率高達(dá) 10 Mbps，如圖所示為 EVAL-ADIN1100EBZ 的簡(jiǎn)化框圖。（圖片來源：TDK）

具有兩種運(yùn)行模式的接口板

Analog Devices 的 [ADIN1100] 耐用型工業(yè)級(jí)、低功耗 10BASE-T1L 以太網(wǎng) PHY 符合 ROHS3 標(biāo)準(zhǔn)，濕氣敏感度等級(jí) (MSL) 為 1（無限制），不受 REACH 影響，是快速評(píng)估 ADIN1100 耐用型低功耗 10BASE-T1L PHY 的靈活平臺(tái)。

EVAL-ADIN1100EBZ （圖 5）具有 10 Mbps 單對(duì)以太網(wǎng) (SPE) 連接功能，可通過 1.7 km 長的電纜與設(shè)備連接，其評(píng)估板具有兩種工作模式，具有極高的靈活性。當(dāng)連接到安裝了 ADIN1100 GUI 軟件的電腦時(shí)，可訪問全部 ADIN1100 寄存器設(shè)置，如診斷和鏈路質(zhì)量監(jiān)控診斷。

圖 5：ADIN1100 以太網(wǎng) PHY 接口評(píng)估板。（圖片來源：Analog Devices Inc.）

另外，通過設(shè)置硬件配置開關(guān)和鏈接，EVAL-ADIN1100EBZ 板也可以在獨(dú)立模式下運(yùn)行。操作員可利用 ADIN1100 數(shù)據(jù)和管理接口監(jiān)控板載 LED 的狀態(tài)，該接口可通過 [EVAL-SPOE-KIT-AZ LTC4296-1]PoE 電源管理評(píng)估板輕松配置，以連接外部主控制器。

結(jié)束語

在為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 構(gòu)建堅(jiān)實(shí)可靠的基礎(chǔ)設(shè)設(shè)施的過程中，采用優(yōu)質(zhì)單對(duì)以太網(wǎng) (SPE) 至關(guān)重要。

TDK Electronics 與 Analog Devices Inc. 在提供頂級(jí) SPE 方面享有盛譽(yù)，因此可以輕松實(shí)現(xiàn)從云端到地面的通信。

審核編輯 黃宇