單對以太網(wǎng)：如何實(shí)現(xiàn) 10Base-T1L

邊緣對更高數(shù)據(jù)速率的需求顯著增加。受這些系統(tǒng)足跡減少，且用于安全、安保和高質(zhì)量應(yīng)用中的影響，攝像頭和視頻系統(tǒng)的采用有所增加。高速數(shù)據(jù)記錄設(shè)備、嵌入式 Web 服務(wù)器和監(jiān)控系統(tǒng)等其他系統(tǒng)需要及時的數(shù)據(jù)傳輸。

此外，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)量不斷增加，因此使用現(xiàn)有生態(tài)系統(tǒng)的愿望與日俱增。以太網(wǎng)協(xié)議和安全層以及眾所周知的安裝、維護(hù)和管理流程降低了網(wǎng)絡(luò)的總體擁有成本 (TCO)，提高了投資回報率 (ROI)。

工業(yè)應(yīng)用重點(diǎn)關(guān)注 10 Mbps 網(wǎng)速，因?yàn)檫@個速度應(yīng)該足以達(dá)到大多數(shù)現(xiàn)有現(xiàn)場總線應(yīng)用的數(shù)據(jù)速率和覆蓋范圍。TDK 提供多種電感器系列，廣泛用于 10Base-T1L 應(yīng)用，包括共模扼流圈 (CMC)、隔離電感器（隔離耦合電感器）和差模電感器 (DMI)。

定義和標(biāo)準(zhǔn)
在工業(yè)應(yīng)用中工業(yè)以太網(wǎng)很容易與普通以太網(wǎng)混淆，有時被稱為單對以太網(wǎng) (SPE)。這種架構(gòu)源于傳統(tǒng)局域網(wǎng)應(yīng)用中的標(biāo)準(zhǔn)，其中使用兩對或四對雙絞線以 100 Mbps（兆位/秒）或 1000 Mbps（兆位/秒）的速度傳輸數(shù)據(jù)。SPE 僅使用一對雙絞線，用于 10 Mbps 至 10 Gbps 的通信速度，每根電纜都遵循專用標(biāo)準(zhǔn)（表 1）。

表 2 顯示了符合 IEEE802.3cg 表 104-1 和 IEEE802.3bu 表 104-1a 的不同功率等級。規(guī)定最小功率為 10 級，電源接口處最大電流為 92mA，因此用電設(shè)備的最大平均功率為 1.23W。規(guī)定最大功率為 15 級，相應(yīng)的電流為 1579mA，用電設(shè)備的最大平均可用功率為 52W。

系統(tǒng)架構(gòu)
根據(jù)應(yīng)用的功率需求和安全要求，可能有不同的架構(gòu)。
第一種選項(xiàng)是僅將 10Base-T1L 用于控制與傳感或動作元件之間的數(shù)據(jù)傳輸，因此只需要一個共模扼流圈 (CMC)（圖 1）。

第二種選項(xiàng)包括需要共模扼流圈 (CMC) 和差模電感器 (DMI) 的功率傳輸。差模電感器可以根據(jù)所需的功率水平或傳輸?shù)碾娏鬟M(jìn)行選擇，這將為 DMI 帶來多種選擇。對于更大的電流，必須使用更大的電感器，在施加更小電流的傳感或動作器件中，更低高度和更小尺寸的電感器可能是最佳選擇（圖 2）。

第三種選項(xiàng)適用于對安全至關(guān)重要且需要電流隔離的區(qū)域。對于這些環(huán)境，除了 CMC 和 DMI 外，還使用了隔離變壓器或耦合電感器，以防止不必要的電流在兩個器件之間流動（圖 3）。

實(shí)際上，上述所有選項(xiàng)都需要，圖 4 顯示了一個從頂部開始的實(shí)施示例，系統(tǒng)安裝在控制室中。通常不需要隔離，但會使用共模扼流圈，也可能會使用差模電感器。由于會連接到主干服務(wù)，有時還會連接到云，因此使用了多種速度級別（高達(dá) 1 Gbps）和技術(shù)（例如 10Base-T1S、100Base-T1、100Base-TX、1000Base-T）。

下一個級別是連接不同場開關(guān)的近場。對于這種應(yīng)用，將使用長度為幾百米至 1000 米的電纜，必須進(jìn)行隔離，需要共模濾波器以及用于大功率電源的 DMI。在最后一段，實(shí)現(xiàn)了從場開關(guān)到傳感器和執(zhí)行器的連接。要求與上一個級別相似，但負(fù)載中使用的 DMI 尺寸可能更小，因?yàn)槊總€器件的功耗通常在 300 mA 范圍內(nèi)。

電路圖
· 附加組件

有幾個組件對減少可能的靜電放電脈沖的影響非常有用。雙向 TVS 二極管具有低容量的優(yōu)勢，因此可以用于高速應(yīng)用。此外，它們速度很快，增加了對高壓事件的響應(yīng)時間。
電容器用于防止電流流經(jīng)隔離耦合電感器的一個線圈，從而減少不必要的功率損耗。此外，還增加了額外的隔離，以確保能夠用在安全相關(guān)的環(huán)境中。

· 功率等級 10-14 的設(shè)置

為功率等級 10 至 14 定義的電流將高達(dá)約 600 mA，對于這些情況，將應(yīng)用所謂的 PHY 側(cè)注入，這意味著電流注入，因此 DMI 將被置于 PHY 和 CMC 之間，所以 CMC 必須承受電流。

· 功率等級 15 的設(shè)置

為功率等級 15 定義的電流比任何其他等級都高，大約為 1500 mA。對于這種情況，如果使用線路側(cè)注入，這意味著功率注入，DMI 將被置于 CMC 和連接器之間。在這種情況下，CMC 可以設(shè)計得小得多，因?yàn)樗恍枰獌H通過信號傳輸?shù)墓β始纯烧９ぷ鳌?/p>

產(chǎn)品系列
表 3 顯示了 TDK 的產(chǎn)品系列。如圖 3 電路圖所示，它由一個隔離耦合電感器、一個共模扼流圈和一個功率電感器組成。每個功率電感器參見表 2 中規(guī)定的功率等級。此外，APL 功率等級如表 3 所示。

審核編輯 黃宇