介紹

隨著數(shù)字化在我們?nèi)粘Ｉ畹膸缀跛蟹矫孢M(jìn)一步發(fā)展，越來越多的數(shù)據(jù)需要在不同的設(shè)備和機(jī)器之間不斷交換。特別是在工業(yè)領(lǐng)域，傳統(tǒng)的通信技術(shù)正在挑戰(zhàn)其極限，以太網(wǎng)，或者在這種情況下是工業(yè)以太網(wǎng)，正在成為新標(biāo)準(zhǔn)。有了它，可以在長達(dá) 100 m 的距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)千兆位范圍內(nèi)的非常高的數(shù)據(jù)速率，如果使用光纖電纜，甚至可以達(dá)到幾公里。

以太網(wǎng)是 IEEE 802.3 中規(guī)定的接口規(guī)范。IEEE 802.3 的元素之一是以太網(wǎng)物理 （PHY） 層。它是用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)或以太網(wǎng)幀的收發(fā)器組件。在 OSI 模型中，以太網(wǎng)覆蓋第 1 層（物理層）和第 2 層的一部分（數(shù)據(jù)鏈路層）。

物理層指定電信號的類型、信號速率、媒體和連接器類型以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。以太網(wǎng) PHY 可以映射到其上，如表 1 所示。

PHY形成物理接口，負(fù)責(zé)純數(shù)字系統(tǒng)和傳輸信號的介質(zhì)之間的數(shù)據(jù)編碼和解碼。因此，它代表了接口的數(shù)字和電氣連接層之間的橋梁。

數(shù)據(jù)鏈路層定義了在介質(zhì)上進(jìn)行通信的方式以及傳輸和接收消息的幀結(jié)構(gòu)。這意味著它定義了如何排列來自線路的位，以便能夠從位流中提取數(shù)據(jù)。使用以太網(wǎng)時(shí)，這稱為媒體訪問控制 （MAC），位于 PHY 附近，但在數(shù)據(jù)鏈路層中。MAC 通常集成到控制器或交換機(jī)中。

PHY 可以是分立元件，也可以集成到以太網(wǎng)控制器中。圖1顯示了所需以太網(wǎng)組件和分立PHY的簡化框圖。

圖1.以太網(wǎng)連接的簡化框圖。

如果要使用分立PHY實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)，則在選擇PHY時(shí)應(yīng)牢記幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。

選擇工業(yè) PHY 時(shí)要考慮的重要標(biāo)準(zhǔn)

在工業(yè)應(yīng)用中，數(shù)據(jù)傳輸和網(wǎng)絡(luò)必須在很寬的溫度范圍內(nèi)具有高度可靠性和故障安全性。這相應(yīng)地適用于所有組件。

網(wǎng)絡(luò)周期時(shí)間

網(wǎng)絡(luò)周期時(shí)間是控制器從連接的設(shè)備收集和更新數(shù)據(jù)所需的時(shí)間。具有低延遲的PHY縮短了網(wǎng)絡(luò)周期時(shí)間，從而縮短了網(wǎng)絡(luò)更新時(shí)間，這對于時(shí)間關(guān)鍵型應(yīng)用程序尤其重要。因此，可以將更多設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)。

對干擾的敏感性/魯棒性

工業(yè)應(yīng)用中的操作環(huán)境通常很惡劣。PHY必須能夠承受普遍的外部條件，因?yàn)樗苯踊蛲ㄟ^小磁性元件連接到電纜，可以將干擾（輻射或傳導(dǎo)）耦合到電纜中。

EMC 標(biāo)準(zhǔn)（如 CISPR 32 和 IEC 61000-4-2 至 IEC 6100-4-6）是衡量 PHY 規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)。強(qiáng)大的 PHY 為認(rèn)證鋪平了道路，并消除了通常繁瑣的重新設(shè)計(jì)任務(wù)。

損耗和溫度范圍

工業(yè)應(yīng)用設(shè)備通常具有IP65/IP66的防塵和防潮保護(hù)。這限制了可用于冷卻電子設(shè)備的氣流。同時(shí)，工業(yè)應(yīng)用中的設(shè)備經(jīng)常暴露在高環(huán)境溫度下。此外，對于線形和環(huán)形拓?fù)?，需要兩個(gè)以太網(wǎng)連接，因此需要兩個(gè)PHY，因此數(shù)據(jù)輸入和輸出的PHY損耗加倍。因此，應(yīng)選擇低損耗的PHY，以便將自發(fā)熱降至最低。

審核編輯：郭婷