工業(yè)以太網(wǎng)演進(jìn)的PHY解決方案
加入技術(shù)交流群
現(xiàn)代工業(yè)環(huán)境充斥著復(fù)雜的自動化和制造技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)連接是使其基本運行的關(guān)鍵所在。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通常包括可編程邏輯控制器(PLC)、電機控制和驅(qū)動，以及傳感器網(wǎng)絡(luò)和人機接口(HMI)。以太網(wǎng)技術(shù)將工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的所有這些節(jié)點連接起來，在網(wǎng)絡(luò)上傳遞精確控制和同步時鐘等信息。高速裝配線機器人是工廠應(yīng)用以太網(wǎng)的一個例子，通過實時協(xié)調(diào)節(jié)點移動，以確保成品被完好無損的進(jìn)行包裝。
與在辦公網(wǎng)絡(luò)之類的企業(yè)應(yīng)用中部署以太網(wǎng)不同，工業(yè)網(wǎng)路有更多物理與電子不良的環(huán)境——這就帶來了一系列特殊的挑戰(zhàn)。以太網(wǎng)組件和IEEE? 802.3系列標(biāo)準(zhǔn)正在不斷發(fā)展，以滿足工廠車間的特殊需求。環(huán)境高溫、電壓浪涌、嚴(yán)格的延遲要求和不斷增長的網(wǎng)絡(luò)速度是工業(yè)級以太網(wǎng)PHY(物理層設(shè)備或者收發(fā)器)必須要解決的一些關(guān)鍵挑戰(zhàn)。
在極端環(huán)境中工作
在工業(yè)環(huán)境中，溫度很難控制，這是因為通過以太網(wǎng)連接的電機和機器人通常必須在非常高的溫度下焊接金屬，此外，工廠的建筑結(jié)構(gòu)也造成了難以提供良好的通風(fēng)條件。為滿足工業(yè)環(huán)境的需求，PHY必須被設(shè)計成在很寬的溫度范圍內(nèi)能夠發(fā)揮出其額定性能。例如，工業(yè)以太網(wǎng)PHY應(yīng)能夠在-40至85°C的溫度范圍內(nèi)工作，可承受125°C的最大結(jié)溫，即使環(huán)境溫度持續(xù)數(shù)小時高溫也能保持性能不變。
除了在高溫下工作，PHY還應(yīng)能承受高壓浪涌。機械設(shè)備有時會突然聚積電荷，損壞部件并導(dǎo)致工業(yè)系統(tǒng)出現(xiàn)故障。通過增強靜電放電(ESD)保護(hù)電路，PHY可以適當(dāng)保護(hù)工業(yè)環(huán)境免受電荷波動的破壞。
在工業(yè)環(huán)境中實現(xiàn)高性能以太網(wǎng)的另一個挑戰(zhàn)是，實時應(yīng)用對延遲有非常嚴(yán)格的限制。在線性菊花鏈拓?fù)渲?，每個節(jié)點的延遲要非常小，才能保證整個網(wǎng)絡(luò)滿足快速請求和響應(yīng)周期時間要求。為滿足工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的實時要求，PHY應(yīng)具備低延遲和確定性延遲特性。在菊花鏈下低延遲能實現(xiàn)更快的響應(yīng)，而確定性延遲實現(xiàn)跨網(wǎng)絡(luò)單元的精確定時同步。與未經(jīng)優(yōu)化的方案相比，優(yōu)化后的PHY能夠?qū)⒀舆t降低30%至40%，從而提高了效率和效能。
滿足不斷增長的網(wǎng)絡(luò)速度要求也是工業(yè)PHY的一個關(guān)鍵特性。雖然百兆的速度足以滿足當(dāng)今大多數(shù)工廠應(yīng)用的需求，但是要求能夠支持千兆電接口的需求越來越多。由于工業(yè)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的安裝成本很高，因此建議PHY設(shè)備能夠支持高達(dá)千兆的網(wǎng)絡(luò)速度要求，以適應(yīng)未來的解決方案。
工業(yè)解決方案的現(xiàn)狀和未來
工廠變得更加智能，更加網(wǎng)絡(luò)化，一些行業(yè)專家認(rèn)為正在出現(xiàn)第四次工業(yè)革命。然而，隨著不斷出現(xiàn)的工業(yè)創(chuàng)新，很顯然在工廠中維持高性能互聯(lián)將變得愈發(fā)重要。連接延遲、中斷或故障有可能使生產(chǎn)減緩甚至停產(chǎn)，從而導(dǎo)致收入損失。不受惡劣工廠條件影響的硬件連接對于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)是非常有價值的。
Marvell的88E1512P、88E1510Q和88E1548P PHY系列產(chǎn)品專為滿足實時工業(yè)以太網(wǎng)的嚴(yán)格要求而設(shè)計，可用于千兆獨立和交換系統(tǒng)的快速開發(fā)和部署。Marvell的PHY系列解決方案提供增強ESD保護(hù)、低延遲和確定性延遲特性，并具備在擴展溫度范圍內(nèi)工作的能力，保證了工業(yè)網(wǎng)絡(luò)能夠長期保持性能穩(wěn)定。Marvell的收發(fā)器符合1000BASE-T、100BASE-TX和10BASE-T標(biāo)準(zhǔn)，滿足了工廠當(dāng)前和未來的網(wǎng)絡(luò)速度要求。該系列還支持采用了新一代MAC的節(jié)能以太網(wǎng)(EEE，Energy Efficient Ethernet)。這系列PHY產(chǎn)品提供48管腳、56管腳QFN封裝或196管腳TFBGA封裝，以及各種主機接口選擇，例如RGMII、MII和SGMII。 Marvell還提供配合PHY產(chǎn)品系列的Prestera?和Link Street? 交換機芯片和ARMADA 嵌入式系統(tǒng)芯片。
評論