借助10Base-T1L SPE优化IIoT网络

弁言

始终以来，工业操纵和网络使用首要依赖于4mA-20mA和现场总线连贯，并接纳专有手艺来餍足更高速或更业余的用例，并始终为许多工业使用供应着精良的办事。但近年来，跟着工业物联网 (IIoT) 和数据驱动型使用的鼓起，将、执行器和控制器设置装备摆设的密度和功能规范推向了新的高度。IIoT使用的新功能和用例在很大程度上遭到现场总线网络10Mbps传输速度的限制，而其日趋增进的需要促使人们接纳其余工业网络手艺来弥补这一空缺。接纳单对 (SPE) 的10Base-T1L是一种颇有出路的替换手艺，适用于许多需求更高数据传输速度的4mA-20mA和现场总线体系。这项手艺还支撑电力传输和其余一系列有吸引力的性能。当然，新技术也意味着对共模扼流圈 (CMC)、断绝电感器和差模电感器 (DMI) 有分歧的请求。

（图源：Atchariya63- stock.adobe.com）

本文将接头10Base-T1L和SPE在工业使用中的应用情形，以及这类搭配若何大幅进步工业网络功能并开释新IIoT手艺的后劲。另外，咱们还将接头实行10Base-T1L和SPE的参考设想和元件请求。

以太网和10Base-T1L

SPE是IEEE 802.3界说的一种有线通讯规范，对基础以太网规范进行了有效地转换以应用复线对。数据线供电 (PoDL) 标准是指经由过程通讯路线传输电力，目标是尽可能缩小电力和通讯布线。在工业使用中，10Base-T1L的传输速度可达10Mbps，传输间隔为1000米；在汽车或航空使用中，传输间隔为15米。10Base-T1L由IEEE 802.3cg界说，带宽局限为0.1至20MHz。

PoDL最后针对汽车和近似使用进行了优化，而在惯例以太网使用中则采用了以太网供电 (PoE)。IEEE 802.3第104条针对10Base-T1S/T1L的PoDL部份进行了扩大，添加了SPoE功率等级10至15，首要用于楼宇自动化和工业网络体系。SPoE的功率等级是针对IIoT等运营手艺 (OT) 网络界说的。SPoE将应用20、24或30VDC的长、中和短电缆分手界说为10、11和12级， 将应用50、55和58VDC的长、中和短电缆界说为13、14 和 15级。SPoE不像PoDL那样分为稳压或非稳压功率等级，是以SPoE能够供应1.23W至52W的功率（表1）。

表1：10Base-T1L和SPoE的IEEE 802.3 cg功率等级（起源：EPCOS / TDK）

从本质上讲，工业以太网和贸易以太网接纳的是沟通的和谈。然而，它们所接纳的通讯硬件却完整分歧，工业以太网倾向于应用更牢固耐用的硬件，这些硬件针对极度环境进行了更好的优化，并思量到了可靠性、耐化学性、耐火性、高/低事情温度局限以及其余要素。在许多情况下，因为贸易以太网硬件的应用寿命无限以及可能会涌现晚期毛病，再加上工业环境的特殊性，是以不适合用于工业以太网使用。

另外，10Base-T1L等手艺是专为汽车、工业和楼宇自动化使用而设想，支撑的一组硬件选项比贸易以太网更适合这些环境用例。贸易以太网倾向于在全部办法的IT网络硬件中接纳高速以太网电缆，而工业使用则倾向于接纳支撑PoDL/SPoE的紧凑型SPE，以最大限度地缩小电缆体积，并在不增添过量、不必要布线的情况下晋升与传统布线根底办法的兼容性。侥幸的是，10Base-T1L SPoE体系可为传感器、执行器或操纵硬件供应从设置装备摆设到云端的IT/OT连贯和电源。

实行情形

要完成10Base-T1L SPoE，至多需求应用一个共模扼流圈 (CMC)，但依据使用的分歧，大概还需要差模电感器 (DMI) 和电断绝变压器。假如使用只要要在操纵收发器和终端设置装备摆设之间传输数据，则仅需要在双绞线和PHY/LPF控制器之间应用CMC。假如电源和数据要在统一双绞线上传输，则还需求应用DMI将VCC和GND单端路线等供电设置装备摆设 (PSE) 桥接到双绞线上，并最幸亏CMC以前。最初，在大概存在庞大平安隐患的情况下，平日需求举行电断绝。为此，需要在PHY/LPF与操纵和终端设置装备摆设硬件的下流电路之间增添一个断绝变压器。

图1表现了DMI和CMC组件在吻合802.3cg规范的10-14类使用电路中的最好地位。此参考电路的电源和数据经由过程电源耦合网络 (PCN) 在介质相干接口 (MDI) 上耦合在一起。直流电源经由过程DMI耦合到SPoE路线中，如图2中L1所示。L2处的CMC在MDI处供应共模阻断。DMI (L1) 和CMC (L2) 值的抉择关于餍足IEEE 802.3cg中列出的最大功率等级的回波消耗、模式转换和衰减请求异常首要。

图1：10Base-T1L SPoE框图，表现需求时差模电感器 (DMI)、共模扼流圈 (CMC) 和电断绝变压器在工业SPE使用中的地位 （图源：EPCOS / TDK）

图2：LTC4296-1 802.3cg 10至14类参考设想，以及针对种种功率等级保举的SPoE电感器和电源+数据共模扼流圈 （图源：Analog Devices）

据制造商称，图2所示要领普通保举用于10至14类10Base-T1L SPoE使用，倡议应用PHY端PCN拓扑，经由过程CMC (L2) PHY端的DMI (L1) 注入电源。如许，电源和数据都可以经由过程CMC传输。关于15类使用，倡议经由过程DMI在路线侧注入电源，并为电源和数据门路配备独自的CMC。EPCOS / TDK工业单电源以太网 (SPE) 电感器异常适宜这些使用，保举用于SPoE PSE控制器使用。这些工业SPE电感器设想吻合工业SPE使用的电流、电压和电感规格，并遵照ROHS规范，事情温度局限为-40°C至+125°C。EPCOS / TDK供应了专为工业SPE/SPOE使用设想的RCM70CGI-471 CMC、ICI70CGI断绝电感器和PID SMD功率电感器。

结语

跟着工业自动化的不息进展，现已席卷需求更高功率且与内网和云兼容的高数据速度设置装备摆设，咱们加倍需求工业以太网解决计划来为少量新兴的IIoT设置装备摆设供应数据传输和电源。10Base-T1L可以或许支撑更高的数据传输速度、数据线供电以及其余性能，优于传统和其余商用解决计划，成为了庖代传统4mA-20mA和现场总线连贯的最好抉择。

作者

Jean-Jacques (JJ) DeLisle就读于罗切斯特理工学院 (RIT)，并获得了电气工程学士学位和硕士学位进修时期，JJ处置射频/微波研讨，为大学杂志撰稿，并且是RIT第一个即兴喜剧团的成员。在拿到学位以前，JJ负责了Synaptics公司的集成电路结构和自动化测试设想工程师经由6年开辟和鉴定内置同轴天线和无线手艺的原创研讨，JJ在提交了手艺论文取得一项美国专利后离开了RIT。

为了进一步进展奇迹，JJ老婆Aalyia搬到了纽约市。在这里负责了《Microwaves & RF》（微波与射频）杂志手艺工程编纂。在此时期，JJ学会了如何将他的射频工程技艺以及手艺写作热忱连系起来。

在JJ职业生活生计的下一个阶段，他看到业界手艺才能的作家和主观的行业专家有很大需要因而转而创办了本人的公司RFEMX。在朝着这个目的进步的同时，JJ扩充本人公司营业局限开端处置信息互换办事 (IXS营业。

供应商简介

TDK Corporation创建于1935年，是世界上率先把日本发现的磁性资料铁氧体胜利商业化的公司当初，TDK环球最大的电子元器件制造商之一环球30多个国家和地域领有跨越130个贩卖办公室创造基地。