工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)10BASE-T1L的最佳PHY是什么呢？

隨著工廠網(wǎng)絡(luò)面臨的壓力加強(qiáng)，工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) 10BASE-T1L 正引起越來(lái)越多的關(guān)注?？吹?10BASE-T1L，許多人可能會(huì)說(shuō)：“我知道 10BASE-T1L 這個(gè)名字，但我想再次查看它的功能”、“我想知道它與 4-20mA 和現(xiàn)場(chǎng)總線的比較”、“我想了解使用 10BASE-T1L 構(gòu)建系統(tǒng)所需的 PHY 的信息”。本文將介紹 10BASE-T1L、10BASE-T1L 與傳統(tǒng)系統(tǒng)的比較以及 ADI 10BASE-T1L 專用 PHY 產(chǎn)品系列，供希望改造工廠網(wǎng)絡(luò)的工程師參考。

工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) 10BASE-T1L

隨著工業(yè) 4.0 時(shí)代的到來(lái)，在推動(dòng)制造業(yè) DX 和智能工廠的進(jìn)程中，工廠目前使用的 4-20mA HART 通訊和現(xiàn)場(chǎng)總線通訊正面臨著“無(wú)法應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)量的增加”、“無(wú)法實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)”等問(wèn)題。此外，隨著物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，通信距離變得更長(zhǎng)，使得許多工廠的布線變得更加復(fù)雜。從“不想使布線變得更加復(fù)雜”和“希望降低電纜成本”的角度來(lái)看，出現(xiàn)了對(duì)以太網(wǎng)通信的需求。在此背景下，工業(yè)以太網(wǎng) PHY 的新標(biāo)準(zhǔn) 10BASE-T1L 應(yīng)運(yùn)而生，于 2019 年 11 月 7 日批準(zhǔn)為“IEEE 802.3cg”，其主要規(guī)格以名稱“10BASE-T1L”表示。

新工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) 10BASE-T1L 采用單對(duì)雙絞線電纜，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)達(dá) 1km 的長(zhǎng)距離通信。它的傳輸速度為 10Mbps，支持全雙工通信和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，也可以通過(guò)電纜供電。另外還具有本質(zhì)安全性，適合需要防止易燃?xì)怏w、粉塵引起火災(zāi)、爆炸的生產(chǎn)區(qū)域，其與標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)以太網(wǎng) PHY 標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)別如下表 (表1) 所示。使用 10BASE-T1L，從終端設(shè)備到控制裝置，只用以太網(wǎng)簡(jiǎn)單連接，減輕了連接器和電纜的重量，并降低電纜成本。

表1 標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)以太網(wǎng) PHY 和 10BASE-T1L 的區(qū)別

10BASE-T1L 與 4-20mA HART、現(xiàn)場(chǎng)總線之間的區(qū)別

那么，10BASE-T1L 與傳統(tǒng)的 4-20mA HART 通信和現(xiàn)場(chǎng)總線通信相比有哪些特點(diǎn)呢？下表 (表2) 對(duì)此進(jìn)行了總結(jié)：

表2 4-20mA HART、現(xiàn)場(chǎng)總線和 10BASE-T1L 對(duì)比

其主要特征如下：

(1) 10 Mbps 帶寬以適應(yīng)數(shù)據(jù)增長(zhǎng)：4-20mA HART 通信和現(xiàn)場(chǎng)總線通信相比，10BASE-T1L 具有極寬的網(wǎng)絡(luò)帶寬，可直接從遠(yuǎn)程位置的傳感器和執(zhí)行器獲取數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)協(xié)作。

(2) 無(wú)需網(wǎng)關(guān)即可實(shí)現(xiàn)1公里遠(yuǎn)距離通訊：到目前為止，從終端設(shè)備到上層以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈接通常需要網(wǎng)關(guān)在中間聚合數(shù)據(jù)。10BASE-T1L 支持 1 公里長(zhǎng)距離通信，并提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，無(wú)需網(wǎng)關(guān)即可實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接。

(3) 顯著增加通過(guò)電纜提供的電量：10BASE-T1L 可通過(guò)電纜提供高達(dá) 500mW (防爆) 和 60W (非防爆) 的電源，簡(jiǎn)單的接線大大增加了傳感器和執(zhí)行器的供電。

(4) 以太網(wǎng)技術(shù)擁有眾多年輕工程師：目前工程師面臨老齡化問(wèn)題，能夠處理傳統(tǒng)通信標(biāo)準(zhǔn)的工程師數(shù)量正在減少。但很多工程師，甚至是年輕的工程師都熟悉以太網(wǎng)技術(shù)，可毫無(wú)困難地進(jìn)行部署，傳授知識(shí)和技術(shù)。

(5) 通過(guò)重復(fù)使用電纜降低成本：由于沒(méi)有特定的電纜規(guī)格，只要滿足插入損耗和回波損耗等簡(jiǎn)單規(guī)格，就可以重復(fù)使用現(xiàn)有電纜，因此可以降低電纜成本并節(jié)省接線。

總而言之，通過(guò)使用 10BASE-T1L，可以為整個(gè)工廠創(chuàng)建一個(gè)與即將到來(lái)的工業(yè) 4.0 兼容的無(wú)縫網(wǎng)絡(luò)連接環(huán)境。

ADI 工業(yè) 10BASE-T1L PHY 系列

實(shí)施 10BASE-T1L 時(shí)具體需要什么樣的設(shè)備呢？接下來(lái)將介紹 ADI 工業(yè) 10BASE-T1L PHY 系列中的三款產(chǎn)品，該系列產(chǎn)品具有超低功耗。

產(chǎn)品陣容1：僅 39mW 的超低功耗 ADIN1100

超低功耗 10BASE-T1L 工業(yè)以太網(wǎng) PHY ADIN1100 支持 1.0V pk-pk (雙電源/單電源) 和 2.4V pk-pk (多電源) 傳輸模式。1.0V pk-pk 雙供電模式下的功耗僅為 39mW，適用于最大能量受到嚴(yán)格限制的防爆應(yīng)用。2.4V pk-pk多種供電模式可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)達(dá) 1km 的電纜長(zhǎng)度和 75mW 的超低功耗，有助于降低傳感器和執(zhí)行器的功耗，無(wú)需變壓器即可連接電容器。它可以通過(guò) MII、RMII 和 RGMII 接口與主機(jī)處理器的 MAC 進(jìn)行通信。ADIN1100 支持長(zhǎng)達(dá) 1700 米的電纜，并啟用了自動(dòng)協(xié)商功能，擴(kuò)大了網(wǎng)絡(luò)連接范圍。(但所使用的電纜有條件)

產(chǎn)品陣容2：可簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)的 SPI 接口 ADIN1110

以下介紹內(nèi)置 MAC 的 ADIN1110 PHY。通過(guò) SPI 協(xié)議與主機(jī)處理器通信的能力使其易于處理，并大大擴(kuò)展了處理器的選擇范圍，用戶可以按原樣重復(fù)使用當(dāng)前解決方案的體系結(jié)構(gòu)和軟件，從而減少設(shè)計(jì)工作量。還內(nèi)置了用于時(shí)間同步的時(shí)間戳，可實(shí)現(xiàn)更精確的控制。

產(chǎn)品陣容3：可支持菊花鏈連接的 ADIN2111

ADI2111 有兩個(gè) PHY 端口，在單個(gè)設(shè)備上可輕松且經(jīng)濟(jì)地配置菊花鏈連接，同時(shí)內(nèi)置 MAC 允許與主機(jī)處理器進(jìn)行 SPI 通信。由于它可以輕松連接測(cè)量樓宇溫度和濕度的設(shè)備，因此它適用于綜合樓宇管理網(wǎng)絡(luò)等。

強(qiáng)大的全面診斷功可減少停機(jī)時(shí)間

以上介紹了三種類型的設(shè)備，它們都具有強(qiáng)大的診斷功能，使用戶能夠快速響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)故障問(wèn)題并減少系統(tǒng)停機(jī)時(shí)間。在鏈路質(zhì)量監(jiān)控中，SNR 還可以進(jìn)行測(cè)量和估計(jì)位誤差率，并支持環(huán)回、幀生成器和幀檢查器。它內(nèi)置電纜診斷功能 TDR (時(shí)域反射計(jì))，可以分析故障的位置和類型。

10BASE-T1L 作為用戶所需的電氣隔離解決方案，Macnica 提供 Wurth Electronics 的各種產(chǎn)品。它符合 IEC 62368-1 標(biāo)準(zhǔn)，可用作 ADI PHY 設(shè)備的外圍組件，例如電路中的變壓器、共模扼流圈、二極管和電容器，甚至是外部以太網(wǎng)連接器，使其結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、易于使用，有助于簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。本文介紹的每種器件均有評(píng)估板，每個(gè)基板提供了 2 種板，因此可以方便大家輕松地嘗試將其用作主設(shè)備和從設(shè)備。

審核編輯：劉清