作者：Don Horne

投稿人：DigiKey 北美編輯

自動化正在取代傳統的分布式控制系統，且創新技術不僅能提供更高性能，還能節省空間、降低成本。對于未來工廠而言，單對以太網 (SPE) 是實現這一目標不可或缺的部分。

在為工業物聯網 (IIoT) 建設基礎設施時，SPE 是絕對必要的。這一新的以太網通信標準適用于工廠、樓宇和過程自動化，有助于更快、更安全地部署集成戰略。

傳統的現場總線被公認為是對汽車和工業控制應用至關重要的時效性信息傳輸協議。然而，隨著網絡中執行器和傳感器數量的增加，傳統的現場總線已成為瓶頸，而且由于笨重的現場總線電纜占用了太多空間，隨著更多鏈路的引入，瓶頸問題只會變得更加嚴重。

迄今為止，通過數據供電線路（PoDL) 向終端設備同時供電需要兩對銅線。現在，PoDL 所需的四根導線已成為過去，因為 SPE 除了能夠傳輸數據外，還能實現 PoDL，從而為工業以太 網開辟了全新的應用領域。

[TDK Electronics] 專門生產汽車和工業電子領域的重要元器件。所有這些產品和技術的共同點是 IIoT 和 SPE，其中單對以太網供電 (SpoE)、電源、電源設備 (PSE) 和控制器以太網設備都在發揮作用。

通過使用 [LTC4296-1]5 端口 SPoE PSE 控制器（圖 1）的設備，包括安防系統、操作技術 (OT) 系統、現場儀表和開關、樓宇和工廠自動化系統以及交通控制系統，[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 標準的 SPoE PSE，圖中所示為五個端口中的一個，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 標準的五端口 SPoE PSE 控制器（圖 2）。LTC4296-1 通過 SPoE 簡化了設計和安裝，并在單對電纜上使用標準化電源和以太網數據，因此非常適合與 802.3cg 供電設備進行互操作。

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

圖 2：LTC4296-1 專為實現最佳互操作性而設計。（圖片來源：Analog Devices Inc.）

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

此外，為確保只有在出現功率輸送 (PD) 時才將全工作電壓施加到電纜上，必須通過串行通信分類協議 (SCCP) 進行 PD 分類，同時保持全電壓簽名 (MFVS)。

LTC4296-1 等器件提供了多功能 SPoE、PSE 解決方案，并可輕松集成以實現最佳的控制器應用。

利用電感器實現無干擾數據傳輸

有不同的電感器可用于多種應用。10BASE-T1L 應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用中 PHY 和連接器之間的電隔離問題。這些電感器的數據耦合比為 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，只需一對電線就能連接傳感器和執行器，并通過該線路實現數據和電力傳輸。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 實施工業 SPE 時，無論是否有電力傳輸，在特定應用中都需要在 PHY 和連接器之間進行電隔離。如 RCM70CGI-471（圖 3）等隔離電感器，具有 1:1 的轉換比能力。

抑制不對稱干擾對于實現無干擾數據通信來說至關重要。[RCM70CGI-471]基于 10BASE-T1L 的 IEEE 802.3cg 標準，是一款共模扼流圈，設計電壓為 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 標準。（圖片來源：TDK）

為了抑制系統中的干擾，需要采用一種特殊的差模扼流圈。

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

PoDL 評估板確保連接性

IIoT 需要整體系統集成，以確保從終端設備到控制室的實時數據傳輸連接。SPE 將簡化網絡，傳輸速率最高可達 10 Mbps，傳輸距離最遠可達 1000 米，同時還可供電。

TDK 針對六種不同功率等級開發了不同的 10BASE-T1L 即插即用測試板，以匹配下列源自 [EVAL-ADIN1100EBZ]（圖 4）、[EVAL-ADIN1110EBZ]的評估板，并加速設計和測試階段。

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

具有兩種運行模式的接口板

Analog Devices 的 [ADIN1100] 耐用型工業級、低功耗 10BASE-T1L 以太網 PHY 符合 ROHS3 標準，濕氣敏感度等級 (MSL) 為 1（無限制），不受 REACH 影響，是快速評估 ADIN1100 耐用型低功耗 10BASE-T1L PHY 的靈活平臺。

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

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

另外，通過設置硬件配置開關和鏈接，EVAL-ADIN1100EBZ 板也可以在獨立模式下運行。操作員可利用 ADIN1100 數據和管理接口監控板載 LED 的狀態，該接口可通過 [EVAL-SPOE-KIT-AZ LTC4296-1]PoE 電源管理評估板輕松配置，以連接外部主控制器。

結束語

在為工業物聯網 (IIoT) 構建堅實可靠的基礎設設施的過程中，采用優質單對以太網 (SPE) 至關重要。

TDK Electronics 與 Analog Devices Inc. 在提供頂級 SPE 方面享有盛譽，因此可以輕松實現從云端到地面的通信。

審核編輯 黃宇