【導讀】如今,“工業(yè)以太網”一詞使用非常頻繁,以至于人們很容易混淆,并開始認為它一定與消費和計算設備中使用的以太網有所不同。本博文旨在回顧這種網絡技術的演變,并解釋消費以太網和工業(yè)以太網的區(qū)別。本文還介紹Nexperia的一系列器件,這些器件可用于保護以太網網絡免受靜電放電(ESD)的破壞性影響,無論它們是部署在日常消費應用還是工業(yè)應用中。
如今,“工業(yè)以太網”一詞使用非常頻繁,以至于人們很容易混淆,并開始認為它一定與消費和計算設備中使用的以太網有所不同。本博文旨在回顧這種網絡技術的演變,并解釋消費以太網和工業(yè)以太網的區(qū)別。本文還介紹Nexperia的一系列器件,這些器件可用于保護以太網網絡免受靜電放電(ESD)的破壞性影響,無論它們是部署在日常消費應用還是工業(yè)應用中。
以太網簡史 1972年,施樂帕洛阿爾托研究中心(PARC)首次開發(fā)出以太網。自此,以太網的靈活性使其成為備受歡迎的計算機網絡接口。它有多種邏輯拓撲實現形式(星型、環(huán)型、總線型等),并使用互聯網協(xié)議(IP)傳輸數據。以太網最初設計為通過同軸電纜以高達10 MB/秒(Mbps)的速度傳輸數據,經過數十年的標準化,不斷演變并提高運行速度,從100 Mbps、1 Gbps直到最近的千兆級(MG)。以太網支持從非屏蔽雙絞線(UTP)銅纜到光纖電纜等各種類型的介質。雖然最初旨在用于學術和商業(yè)場所的計算機網絡,但其靈活性使其迅速適應了家庭和工業(yè)網絡。表1顯示了以太網標準的一些主要(非光纖)版本及其目標市場。
表1:主要以太網標準匯總
什么是“工業(yè)以太網”? 它與“普通”以太網有何不同? “工業(yè)”以太網一詞僅表示網絡運行的位置,即工業(yè)環(huán)境。在物理層,家庭/辦公室以太網和“工業(yè)”以太網的運行方式沒有區(qū)別,它們使用相同的介質(電纜)和信號電壓電平,并在網絡節(jié)點傳輸或接收數據的時間和速度方面遵守相同的規(guī)則。這意味著在物理層,它們具有電氣兼容性。兩者之間的差異體現在更高的OSI層(網絡層),這超出了以太網規(guī)范的范圍。工業(yè)以太網使用不同的網絡層協(xié)議,例如Profinet和以太網/IP,它們比互聯網協(xié)議能夠更好地滿足工業(yè)操作的實時要求。其他差異在于將電纜連接到接口的連接器類型。以太網標準規(guī)定使用RJ45連接器,但在存在高電壓/電流和大量重型設備的惡劣工業(yè)環(huán)境中,這些連接器有時可能容易因灰塵和濕氣而損壞。一些制造商設計了具有更高穩(wěn)健性(更好的機械和電氣屏蔽)的連接器,以便適應這些條件,但這不屬于任何以太網規(guī)范。除了連接器不同之外,基于工業(yè)以太網的設備通常使用可安裝在35 mm DIN導軌上的器件,并可采用工業(yè)應用中常用的24 V直流電源運行。 保護以太網電路 最簡單的以太網接口電路如圖1所示。PHY(物理層的縮寫)是管理以太網傳輸和接收數據的規(guī)則的集成電路。盡管電纜兩端的電壓電位存在差異,但隔離變壓器可提供電氣隔離,同時仍能發(fā)出信號。它們還提供一些針對瞬態(tài)浪涌和ESD事件的保護。共模扼流圈用于減少電纜中雙絞線之間的電磁干擾(EMI),這對于非屏蔽雙絞線尤其重要。 對于如何實現變壓器和CMC電路,有多種不同的選擇: ? 集成磁性模塊,包括變壓器和CMC ? 集成連接器,包括RJ45連接器、變壓器和CMC 感性器件的實現方式決定了ESD保護器件的布局和產品選擇。如果隔離變壓器PHY側的中心抽頭接地,則需要使用雙向器件。最常見的情況是它保持懸空或通過電容接地。那么,單向和雙向器件都可以使用。如圖1所示,放置ESD保護器件有兩種選擇。首先,它可以放置在PHY和感性器件之間,這也適用于所有形式的集成感性器件。如果CMC和隔離變壓器是獨立的器件,則可以將ESD保護器件放置在CMC和隔離變壓器之間,從ESD保護的角度來看,這是首選位置。無論哪種情況,此處所示的ESD保護器件需要放置在隔離變壓器的PHY側。
圖1:磁性器件的實施會影響ESD器件的放置
Nexperia為所有以太網實施提供ESD保護 為了給設計人員提供最大的靈活性,Nexperia為以太網接口中磁性器件的每種實施提供了廣泛的ESD保護器件(表2)。
表2:選擇Nexperia的ESD保護器件來保護工業(yè)以太網 這些器件的主要特性包括多種封裝選項(無引腳和有引腳),并且它們的電容值適合其設計時所遵守的以太網規(guī)范要求的運行速度。數據速率越高,電容越低,同時在惡劣的工業(yè)環(huán)境中仍提供高級別保護。 結論 工業(yè)以太網在電氣方面與標準以太網相同,但工業(yè)環(huán)境更加惡劣,發(fā)生電壓浪涌和ESD事件的可能性更大。
(來源:Nexperia,作者:Andreas Hardock)
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