單對以太網(wǎng)：如何實(shí)現 10Base-T1L

邊緣對更高數據速率的需求顯著(zhù)增加。受這些系統足跡減少，且用于安全、安保和高質(zhì)量應用中的影響，攝像頭和視頻系統的采用有所增加。高速數據記錄設備、嵌入式 Web 服務(wù)器和監控系統等其他系統需要及時(shí)的數據傳輸。

此外，網(wǎng)絡(luò )中的節點(diǎn)數量不斷增加，因此使用現有生態(tài)系統的愿望與日俱增。以太網(wǎng)協(xié)議和安全層以及眾所周知的安裝、維護和管理流程降低了網(wǎng)絡(luò )的總體擁有成本 (TCO)，提高了投資回報率 (ROI)。

工業(yè)應用重點(diǎn)關(guān)注 10 Mbps 網(wǎng)速，因為這個(gè)速度應該足以達到大多數現有現場(chǎng)總線(xiàn)應用的數據速率和覆蓋范圍。TDK 提供多種電感器系列，廣泛用于 10Base-T1L 應用，包括共模扼流圈 (CMC)、隔離電感器（隔離耦合電感器）和差模電感器 (DMI)。

定義和標準
在工業(yè)應用中工業(yè)以太網(wǎng)很容易與普通以太網(wǎng)混淆，有時(shí)被稱(chēng)為單對以太網(wǎng) (SPE)。這種架構源于傳統局域網(wǎng)應用中的標準，其中使用兩對或四對雙絞線(xiàn)以 100 Mbps（兆位/秒）或 1000 Mbps（兆位/秒）的速度傳輸數據。SPE 僅使用一對雙絞線(xiàn)，用于 10 Mbps 至 10 Gbps 的通信速度，每根電纜都遵循專(zhuān)用標準（表 1）。

表 2 顯示了符合 IEEE802.3cg 表 104-1 和 IEEE802.3bu 表 104-1a 的不同功率等級。規定最小功率為 10 級，電源接口處最大電流為 92mA，因此用電設備的最大平均功率為 1.23W。規定最大功率為 15 級，相應的電流為 1579mA，用電設備的最大平均可用功率為 52W。

系統架構
根據應用的功率需求和安全要求，可能有不同的架構。
第一種選項是僅將 10Base-T1L 用于控制與傳感或動(dòng)作元件之間的數據傳輸，因此只需要一個(gè)共模扼流圈 (CMC)（圖 1）。

第二種選項包括需要共模扼流圈 (CMC) 和差模電感器 (DMI) 的功率傳輸。差模電感器可以根據所需的功率水平或傳輸的電流進(jìn)行選擇，這將為 DMI 帶來(lái)多種選擇。對于更大的電流，必須使用更大的電感器，在施加更小電流的傳感或動(dòng)作器件中，更低高度和更小尺寸的電感器可能是最佳選擇（圖 2）。

第三種選項適用于對安全至關(guān)重要且需要電流隔離的區域。對于這些環(huán)境，除了 CMC 和 DMI 外，還使用了隔離變壓器或耦合電感器，以防止不必要的電流在兩個(gè)器件之間流動(dòng)（圖 3）。

實(shí)際上，上述所有選項都需要，圖 4 顯示了一個(gè)從頂部開(kāi)始的實(shí)施示例，系統安裝在控制室中。通常不需要隔離，但會(huì )使用共模扼流圈，也可能會(huì )使用差模電感器。由于會(huì )連接到主干服務(wù)，有時(shí)還會(huì )連接到云，因此使用了多種速度級別（高達 1 Gbps）和技術(shù)（例如 10Base-T1S、100Base-T1、100Base-TX、1000Base-T）。

下一個(gè)級別是連接不同場(chǎng)開(kāi)關(guān)的近場(chǎng)。對于這種應用，將使用長(cháng)度為幾百米至 1000 米的電纜，必須進(jìn)行隔離，需要共模濾波器以及用于大功率電源的 DMI。在最后一段，實(shí)現了從場(chǎng)開(kāi)關(guān)到傳感器和執行器的連接。要求與上一個(gè)級別相似，但負載中使用的 DMI 尺寸可能更小，因為每個(gè)器件的功耗通常在 300 mA 范圍內。

電路圖
· 附加組件

有幾個(gè)組件對減少可能的靜電放電脈沖的影響非常有用。雙向 TVS 二極管具有低容量的優(yōu)勢，因此可以用于高速應用。此外，它們速度很快，增加了對高壓事件的響應時(shí)間。
電容器用于防止電流流經(jīng)隔離耦合電感器的一個(gè)線(xiàn)圈，從而減少不必要的功率損耗。此外，還增加了額外的隔離，以確保能夠用在安全相關(guān)的環(huán)境中。

· 功率等級 10-14 的設置

為功率等級 10 至 14 定義的電流將高達約 600 mA，對于這些情況，將應用所謂的 PHY 側注入，這意味著(zhù)電流注入，因此 DMI 將被置于 PHY 和 CMC 之間，所以 CMC 必須承受電流。

· 功率等級 15 的設置

為功率等級 15 定義的電流比任何其他等級都高，大約為 1500 mA。對于這種情況，如果使用線(xiàn)路側注入，這意味著(zhù)功率注入，DMI 將被置于 CMC 和連接器之間。在這種情況下，CMC 可以設計得小得多，因為它不需要僅通過(guò)信號傳輸的功率即可正常工作。

產(chǎn)品系列
表 3 顯示了 TDK 的產(chǎn)品系列。如圖 3 電路圖所示，它由一個(gè)隔離耦合電感器、一個(gè)共模扼流圈和一個(gè)功率電感器組成。每個(gè)功率電感器參見(jiàn)表 2 中規定的功率等級。此外，APL 功率等級如表 3 所示。

審核編輯 黃宇