【導讀】邊緣對更高數據速率的需求日益高漲。隨著(zhù)攝像機和視頻系統的占用空間不斷減小，及其在安全、安防和質(zhì)量應用中的普及，它們的采用量大幅增加，從而推高了數據速率的需求。另外，高速數據記錄設備、嵌入式Web服務(wù)器和監控系統等其它系統也對及時(shí)的數據傳輸提出了要求。
隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )中的節點(diǎn)數量不斷增加，用戶(hù)保留現有生態(tài)系統的意愿就更加堅定。以太網(wǎng)協(xié)議和安全層，以及眾所周知的安裝、維護和管理流程可有效降低網(wǎng)絡(luò )的總擁有成本(TCO)，優(yōu)化投資回報率(ROI)。
工業(yè)應用重點(diǎn)關(guān)注10Mbps的網(wǎng)速，因為這足以解決當前大多數現場(chǎng)總線(xiàn)應用中的數據速率和覆蓋范圍問(wèn)題。本期推文為您介紹針對10Base-T1L應用，TDK可提供的廣泛電感器系列產(chǎn)品，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)。
在工業(yè)應用中，有時(shí)也將工業(yè)以太網(wǎng)稱(chēng)為單對以太網(wǎng)(SPE)，往往容易和常規以太網(wǎng)混淆。這種架構源于傳統局域網(wǎng)(LAN) 應用中的標準，其中使用兩對或四對雙絞線(xiàn)分別以100Mbps(兆比特每秒)或1000Mbps(兆比特每秒)的速度傳輸數據。SPE僅使用一對雙絞線(xiàn)，通信速度介于10Mbps至10Gbps之間，并且每根電纜都遵循專(zhuān)用標準(表1)。
表1：IEEE-802.3規定的物理層標準
表2列出了IEEE802.3cg標準中“表104-1”和IEEE802.3bu標準中“表104-1a”規定的不同功率等級。前者規定的最小的功率等級為10級，電源接口處的最大電流為92mA，因此受電設備的最大平均功率為1.23W；后者規定的最大功率等級為15級，相應電流為1579mA，受電設備的最大平均可用功率為52W。
表2：IEEE802.3cg標準規定的功率等級
各定義
PI = Power Interface
PD = Powered Device
PSE = Power Sourcing Equipment
VPSE = Voltage at the PSE PI
VPSE OC = Open circuit voltage at the PSE PI
IPI max. = Maximum current flowing at the PSE and PD PI
Pclass min. = Minimum average available output power at the PSE PI
PPD max. = Maximum average available power at the PD PI
根據應用的功率需求和安全要求，可能需要不同的架構。第一種選擇是僅將10Base-T1L用于控制和傳感或動(dòng)作元件之間的數據傳輸，此時(shí)只需一個(gè)共模扼流圈(CMC)(如下圖1)。
圖1
第二種選擇電力傳輸，包括共模扼流圈(CMC)和差模電感器(DMI)。其中差模電感器可根據所需的電力水平和傳輸的電流進(jìn)行選擇，因此不同的應用會(huì )用到不同的型號。對于大電流應用，需使用更大的電感器；而對于小電流的檢測或動(dòng)作設備，應首選高度更低和占用空間更小的電感器(如圖2)。
圖2
第三種選擇針對安全至關(guān)重要且需要電流隔離的區域。對于這類(lèi)工況，除了共模扼流圈(CMC)和差模電感器(DMI)，還會(huì )用到隔離變壓器或耦合電感器來(lái)防止兩個(gè)元件之間不必要的電流流動(dòng)(如圖3)。
圖3
在實(shí)際應用中，可能會(huì )用到上述所有選擇。而圖4顯示的實(shí)施案例中，則是從頂層安裝在控制室的系統開(kāi)始。這里通常無(wú)需隔離，但使用了共模扼流圈和潛在的差模電感器。由于存在骨干網(wǎng)服務(wù)連接，以及偶爾的云端連接，因此需用到多種速度級別(最高達1Gbps)和技術(shù)(如10Base-T1S、100Base-T1、100Base-TX和1000Base-T)。
下一層是連接不同現場(chǎng)開(kāi)關(guān)的近場(chǎng)通信。此應用中會(huì )用到數百米至1000米長(cháng)的電纜，需強制實(shí)施電隔離，還需對大功率電源實(shí)施共模濾波器和差模電感器。
最后一部分是現場(chǎng)開(kāi)關(guān)到傳感器和執行器的連接。要求與上一層相似，但負載中使用的差模電感器的尺寸可能更小，因為每個(gè)設備的消耗電流通常不超過(guò)300mA。
圖4
為減少不必要的ESD脈沖影響，可能還會(huì )用到其他元件，比如雙向TVS二極管具有容量低的優(yōu)點(diǎn)，適合高速應用。此外，由于它們具有響應快的特點(diǎn)，能極大地縮短高壓事件響應時(shí)間。而電容器可防止電流流過(guò)隔離耦合電感的一個(gè)線(xiàn)圈，減少不必要的功率損耗。此外，針對安全至關(guān)重要的環(huán)境應用，還可增加額外的隔離。
功率等級10至14定義的電流高達600mA。在這些場(chǎng)景中，需用到所謂的PHY側注入，即意味著(zhù)要注入電流，因此應在PHY和共模扼流圈之間放置差模電感器，以確保共模扼流圈能耐受相應的電流。
圖 5：功率等級10-14的電路設置
物料清單
產(chǎn)品圖
功率等級15定義的電流遠高于其他等級，高達1500mA。在這些場(chǎng)景中，若使用線(xiàn)路側注入(即電源注入)，則應在共模扼流圈和連接器之間放置差模電感器。此時(shí)可選用尺寸更小的共模扼流圈，因為它只需傳輸信號無(wú)需傳輸電力。
圖 6：功率等級15的電路設置
物料清單
產(chǎn)品圖
以下是TDK可提供的產(chǎn)品陣容。如圖3中的電路圖所示，它由一個(gè)隔離耦合電感器、一個(gè)共模扼流圈和一個(gè)功率電感器組成，其中每個(gè)功率電感器均為表2中指定的功率等級。此外，下表也列出了APL的功率等級。
以上就是單對以太網(wǎng)相關(guān)的知識和TDK的產(chǎn)品介紹，如果您想了解更多，點(diǎn)擊“閱讀原文”即可查看。若您對我們的產(chǎn)品有任何疑問(wèn)，請點(diǎn)擊菜單欄的“聯(lián)系我們”進(jìn)行咨詢(xún)或者發(fā)送您的疑問(wèn)至product@tdkchina.com，謝謝！
來(lái)源：TDK
免責聲明：本文為轉載文章，轉載此文目的在于傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問(wèn)題，請聯(lián)系小編進(jìn)行處理。
推薦閱讀：
有關(guān)機器視覺(jué)的四個(gè)真相，你知道幾個(gè)？
