坚固耐用的工业级单对以太网始于正确的组件

自动化正在取代传统的分布式控制系统，且创新技术不仅能提供更高性能，还能节省空间、降低成本。对于未来工厂而言，单对以太网 (SPE) 是实现这一目标不可或缺的部分。

在为工业物联网 (IIoT) 建设基础设施时，SPE 是绝对必要的。这一新的以太网通信标准适用于工厂、楼宇和过程自动化，有助于更快、更安全地部署集成战略。

传统的现场总线被公认为是对汽车和工业控制应用至关重要的时效性信息传输协议。然而，随着网络中执行器和传感器数量的增加，传统的现场总线已成为瓶颈，而且由于笨重的现场总线电缆占用了太多空间，随着更多链路的引入，瓶颈问题只会变得更加严重。

迄今为止，通过数据供电线路（PoDL) 向终端设备同时供电需要两对铜线。现在，PoDL 所需的四根导线已成为过去，因为 SPE 除了能够传输数据外，还能实现 PoDL，从而为工业以太 网开辟了全新的应用领域。

TDK Electronics 专门生产汽车和工业电子领域的重要元器件。所有这些产品和技术的共同点是 IIoT 和 SPE，其中单对以太网供电 (SpoE)、电源、电源设备 (PSE) 和控制器以太网设备都在发挥作用。

通过使用 LTC4296-1 5 端口 SPoE PSE 控制器（图 1）的设备，包括安防系统、操作技术 (OT) 系统、现场仪表和开关、楼宇和工厂自动化系统以及交通控制系统，Analog Devices Inc. 与 TDK Electronics 一样，都走在了让 IIoT 更快速、更可靠的最前沿。

图 1：使用 LTC4296-1 的、符合 IEEE 802.3cg 标准的 SPoE PSE，图中所示为五个端口中的一个，为清晰起见省略了一些引脚。（图片来源：Analog Devices Inc.）

LTC4296-1 采用 QFN-48 封装，是一款符合 IEEE 802.3cg 标准的五端口 SPoE PSE 控制器（图 2）。LTC4296-1 通过 SPoE 简化了设计和安装，并在单对电缆上使用标准化电源和以太网数据，因此非常适合与 802.3cg 供电设备进行互操作。

LTC4296-1 采用外置低漏源极导通电阻 (RDS_ON) N 沟道金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) 供电，既能最大限度地降低压降，又能确保应用坚固耐用。

图 2：LTC4296-1 专为实现最佳互操作性而设计。（图片来源：Analog Devices Inc.）

模拟限流 (ACL) 可使用带折返功能的高压侧断路器提供短路和受控浪涌保护。通过可选配的低压侧断路器保护负输出，可避免非隔离应用中的反向馈电故障和接地故障。

此外，为确保只有在出现功率输送 (PD) 时才将全工作电压施加到电缆上，必须通过串行通信分类协议 (SCCP) 进行 PD 分类，同时保持全电压签名 (MFVS)。

LTC4296-1 等器件提供了多功能 SPoE、PSE 解决方案，并可轻松集成以实现最佳的控制器应用。

利用电感器实现无干扰数据传输

有不同的电感器可用于多种应用。10BASE-T1L 应用的电感器类型包括共模扼流圈 (CMC)、隔离电感器 (ICI) 和差模电感器 (DMI)。

ICI70CGI 系列隔离电感器解决了某些应用中 PHY 和连接器之间的电隔离问题。这些电感器的数据耦合比为 1:1，电感值分别为 1.0 mH 和 2.2 mH，隔离电压为 2250 V_DC。

使用 PoDL，只需一对电线就能连接传感器和执行器，并通过该线路实现数据和电力传输。该连接器采用特殊的差模扼流圈，这是一种无源电子器件，可抑制电路中的高频噪声，通过衰减差模噪声起到滤波器的作用。在使用 PoDL 实施工业 SPE 时，无论是否有电力传输，在特定应用中都需要在 PHY 和连接器之间进行电隔离。如 RCM70CGI-471（图 3）等隔离电感器，具有 1:1 的转换比能力。

抑制不对称干扰对于实现无干扰数据通信来说至关重要。RCM70CGI-471 基于 10BASE-T1L 的 IEEE 802.3cg 标准，是一款共模扼流圈，设计电压为 80 V，最大电流为 700 mA，电感值为 470 µH。

图 3：RCM70CGI-471 共模扼流圈基于 IEEE 802.3cg 标准。（图片来源：TDK）

为了抑制系统中的干扰，需要采用一种特殊的差模扼流圈。

根据 IEEE 802.3cg 标准，PID 系列可提供多种版本，可涵盖所有六个功率等级（10 至 15），且该系列的饱和电流范围为 360 mA 至 2100 mA。

PoDL 评估板确保连接性

IIoT 需要整体系统集成，以确保从终端设备到控制室的实时数据传输连接。SPE 将简化网络，传输速率最高可达 10 Mbps，传输距离最远可达 1000 米，同时还可供电。

TDK 针对六种不同功率等级开发了不同的 10BASE-T1L 即插即用测试板，以匹配下列源自 EVAL-ADIN1100EBZ（图 4）、EVAL-ADIN1110EBZ 的评估板，并加速设计和测试阶段。

图 4：SPE 将简化网络，传输距离可达 1000 米，传输速率高达 10 Mbps，如图所示为 EVAL-ADIN1100EBZ 的简化框图。（图片来源：TDK）

具有两种运行模式的接口板

Analog Devices 的 ADIN1100 耐用型工业级、低功耗 10BASE-T1L 以太网 PHY 符合 ROHS3 标准，湿气敏感度等级 (MSL) 为 1（无限制），不受 REACH 影响，是快速评估 ADIN1100 耐用型低功耗 10BASE-T1L PHY 的灵活平台。

EVAL-ADIN1100EBZ （图 5）具有 10 Mbps 单对以太网 (SPE) 连接功能，可通过 1.7 km 长的电缆与设备连接，其评估板具有两种工作模式，具有极高的灵活性。当连接到安装了 ADIN1100 GUI 软件的电脑时，可访问全部 ADIN1100 寄存器设置，如诊断和链路质量监控诊断。

图 5：ADIN1100 以太网 PHY 接口评估板。（图片来源：Analog Devices Inc.）

另外，通过设置硬件配置开关和链接，EVAL-ADIN1100EBZ 板也可以在独立模式下运行。操作员可利用 ADIN1100 数据和管理接口监控板载 LED 的状态，该接口可通过 EVAL-SPOE-KIT-AZ LTC4296-1 PoE 电源管理评估板轻松配置，以连接外部主控制器。

结束语

在为工业物联网 (IIoT) 构建坚实可靠的基础设设施的过程中，采用优质单对以太网 (SPE) 至关重要。

TDK Electronics 与 Analog Devices Inc. 在提供顶级 SPE 方面享有盛誉，因此可以轻松实现从云端到地面的通信。