2020/05/27

作者:德州儀器系統與應用工程師 Aniruddha Khadye

 

自問世以來,乙太網路的發展突飛猛進,現已被大量應用於商用和企業之中。由於乙太網路具有定義明確的標準和易於部署的特性,在工業世界中的廣泛應用也是合乎常理。然而,若要在嚴苛的工業環境中滿足乙太網路的需求仍需要深入的洞察力和資源投入。

如圖 1 所示,工業環境和商業環境完全不同,使得在工業環境運作會面臨一系列挑戰。工業環境往往包括許多嚴苛的條件,如更寬的溫度範圍和電壓、更高的噪音與機械應力等。工業級乙太網路實體層必須根據乙太網路協議的要求執行。在本文中,將簡要描述在為您的系統選擇乙太網路實體層時三個必須考慮的重要因素。

 

圖1:透過無線及有線連接(包括乙太網路)的現代工業設置

 

1. 低延遲

延遲是指數據封包從源頭傳輸到目的地所需的時間。網路中的不同部分將導致整體的網路延遲。工業網路中的通訊對時間有嚴格要求,應將延遲最小化與精確化。較高的延遲和不同數據封包的到達時間會降低系統性能。

標準乙太網路具有不確定性。IEEE 802.3 標準並沒有指定乙太網路實體層的最大延遲數。然而,對於工業環境中的乙太網路收發器來說,具備低延遲與確定性延遲非常重要。低延遲與確定性延遲能夠加快反應速度並提高可預測性。低延遲可以讓應用更快地運行,因為訊息透過網路傳播時所需的等待時間更短,而確定性延遲提升了不同網路的同步性。

 

2. EMI/EMC

電磁干擾 (EMI) 是系統無意間產生的電磁能量。另一方面,電磁相容 (EMC) 是指系統能夠在其他系統產生電磁能量的環境中運行。電磁干擾 (EMI) 和電磁相容 (EMC) 是工業環境中的重要參數,因為其可能包含多種電磁能量來源。抗電磁干擾性差的系統會輻射大量能量,擾亂周遭的敏感裝置並降低效率,因為能量在輻射中被浪費。電磁相容差的設計會使系統高度敏感並導致性能問題。電磁相容設計差的系統性能也可能受其他典型輻射源影響,如 Wi-Fi、手機等。

現今存在不同的 EMI/EMC 標準,如歐洲標準化委員會 (EN)、國際無線電干擾特別委員會 (CISPR)、美國聯邦通訊委員會(FCC)等,這些標準會因地區與預期市場的不同而變化。裝置在獲得使用認證前,必須滿足這些標準規定的要求。這些標準隨裝置的最終應用而變化。工業市場的 EMI/EMC 標準較商用市場更為嚴格。

 

3. ESD 保護

靜電放電 (ESD) 是一種突然進入系統的電流,並與帶電體接觸。靜電放電事件很短,但他們會對系統注入大量能量。如果裝置的設計不能承受這類事件,對裝置來說是具毀滅性的,通常會導致裝置毀壞。由於靜電放電並不總是留下明顯的毀壞痕跡,因此在複雜的系統中很難找到損壞的裝置。作為一個如此重要的參數,諸如國際電工委員會 (IEC) 61000-4-2 已經制定 ESD 標準,以訂定裝置必須滿足的最低要求。哪些裝置必須滿足要求,取決於它們的最終應用。與 EMI/EMC 類似,工業市場的 ESD 要求比商業市場更為嚴格。

工業級乙太網路實體層應具有低確定性延遲,符合嚴格的 EMI/EMC 標準,並能抵抗 ESD 事件。TI 的乙太網路產品組合能滿足這些要求,並已於世界各地的嚴苛工業環境中投入使用,包括 DP83867 工業 Gigabit 乙太網路實體層和 DP83826E 10/100 乙太網路實體層等裝置。

 

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