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工业以太网

针对恶劣工业环境选择以太网的三大注意事项

  2020年04月15日  

  自问世以来,以太网取得了突飞猛进的发展,现已在商业和企业市场上得到了大量的应用。由于它具有定义明确的标准和易于部署的特性,以太网在工业世界中的广泛传播也是合乎常理的。然而,要在恶劣的工业环境中满足以太网的要求仍需要大量洞察和努力。

  如图1所示,工业环境和商业环境完全不同,自身会面临一系列挑战。工业环境往往包括许多恶劣的条件,如更高的温度范围和电压、更高的噪声、机械应力等。工业级以太网物理层(PHY)必须根据以太网协议的要求执行。在本文中,我将简要描述为您的系统选择以太网物理层时要考虑的三个更重要的因素。

图1:通过无线和有线连接(包括以太网)的现代工业设置

  1.低延迟。延迟是指数据包从源传输到目标所需的时间。网络中的不同部分将导致总的网络延迟。工业网络中的通信对时间要求严格,这意味着延迟应该是最小的和确定的。较高的延迟和不同的数据包到达时间会降低系统性能。

  标准以太网具有不确定性。IEEE 802。3标准没有指定以太网物理层的最大延迟数。然而,对于工业环境中的以太网收发器来说,具有低且确定的延迟变得非常重要。低且确定的延迟能够加快响应时间并提高可预测性。低延迟可以让应用更快地运行,因为信息通过网络传播时等待时间的更短,而确定性延时由于延时保持不变而提高了不同网络的同步性。

  2.EMI/EMC。电磁干扰(EMI)是系统无意间产生的电磁能量。另一方面,电磁兼容性(EMC)是指系统能够在其他系统产生电磁能量的环境中运行。电磁干扰(EMI)和电磁兼容性(EMC)是工业环境中的重要参数,因为其可能具有多种电磁能量来源。抗电磁干扰性能差的系统会辐射大量能量,会扰乱附近的敏感器件并降低效率,因为能量在辐射中被浪费。电磁兼容性差的设计会使系统高度敏感并导致性能问题。电磁兼容设计差的系统的性能会受其他典型辐射源影响,如Wi-Fi、手机等。

  存在不同的EMI/EMC标准,如欧洲标准化委员会(EN)、国际无线电干扰特别委员会(CISPR)、美国联邦通信委员会(FCC)等,这些标准会因地区和预期市场而变化。设备在获得使用认证前,必须满足这些标准规定的要求。这些标准随设备的最终应用而变化。工业市场的EMI/EMC标准较商业市场更为严格。

  3.ESD保护。静电放电(ESD)是一种突然进入系统的电流,它与带电体接触。静电放电事件很短,但它们可以向系统注入大量能量。如果设备的设计不能承受此类事件,其结果对设备来说很可能是毁灭性的,通常会导致设备毁坏。由于静电放电并不总是留下明显的损坏迹象,因此在复杂的系统中很难找到损坏的设备。作为一个如此重要的参数,诸如国际电工委员会 (IEC) 61000-4-2的ESD标准已经制定,以设定器件必须满足的最低要求,--哪些设备必须满足,这取决于它们的最终应用。与EMI/EMC类似,工业市场的ESD要求比商业市场更为严格。

  工业级以太网物理层应具有低的确定性延迟,符合严格的EMI/EMC标准,并能抵抗ESD事件。TI的以太网产品组合旨在满足这些要求,并已在世界各地的许多恶劣工业环境中投入使用,并且包括DP83867工业千兆位以太网物理层和DP83826E 10/100以太网物理层等设备。

标签:德州仪器 TI我要反馈
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