工業(yè)以太網(wǎng)演進(jìn)的PHY解決方案
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現代工業(yè)環(huán)境充斥著(zhù)復雜的自動(dòng)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)、電機控制和驅動(dòng)，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 )中的所有這些節點(diǎn)連接起來(lái)，在網(wǎng)絡(luò )上傳遞精確控制和同步時(shí)鐘等信息。高速裝配線(xiàn)機器人是工廠(chǎng)應用以太網(wǎng)的一個(gè)例子，通過(guò)實(shí)時(shí)協(xié)調節點(diǎn)移動(dòng)，以確保成品被完好無(wú)損的進(jìn)行包裝。
與在辦公網(wǎng)絡(luò )之類(lèi)的企業(yè)應用中部署以太網(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(lái)了一系列特殊的挑戰。以太網(wǎng)組件和IEEE? 802.3系列標準正在不斷發(fā)展，以滿(mǎn)足工廠(chǎng)車(chē)間的特殊需求。環(huán)境高溫、電壓浪涌、嚴格的延遲要求和不斷增長(cháng)的網(wǎng)絡(luò )速度是工業(yè)級以太網(wǎng)PHY(物理層設備或者收發(fā)器)必須要解決的一些關(guān)鍵挑戰。
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(guò)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(chǎng)的建筑結構也造成了難以提供良好的通風(fēng)條件。為滿(mǎn)足工業(yè)環(huán)境的需求，PHY必須被設計成在很寬的溫度范圍內能夠發(fā)揮出其額定性能。例如，工業(yè)以太網(wǎng)PHY應能夠在-40至85°C的溫度范圍內工作，可承受125°C的最大結溫，即使環(huán)境溫度持續數小時(shí)高溫也能保持性能不變。
除了在高溫下工作，PHY還應能承受高壓浪涌。機械設備有時(shí)會(huì )突然聚積電荷，損壞部件并導致工業(yè)系統出現故障。通過(guò)增強靜電放電(ESD)保護電路，PHY可以適當保護工業(yè)環(huán)境免受電荷波動(dòng)的破壞。
在工業(yè)環(huán)境中實(shí)現高性能以太網(wǎng)的另一個(gè)挑戰是，實(shí)時(shí)應用對延遲有非常嚴格的限制。在線(xiàn)性菊花鏈拓撲中，每個(gè)節點(diǎn)的延遲要非常小，才能保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò )滿(mǎn)足快速請求和響應周期時(shí)間要求。為滿(mǎn)足工業(yè)網(wǎng)絡(luò )的實(shí)時(shí)要求，PHY應具備低延遲和確定性延遲特性。在菊花鏈下低延遲能實(shí)現更快的響應，而確定性延遲實(shí)現跨網(wǎng)絡(luò )單元的精確定時(shí)同步。與未經(jīng)優(yōu)化的方案相比，優(yōu)化后的PHY能夠將延遲降低30%至40%，從而提高了效率和效能。
滿(mǎn)足不斷增長(cháng)的網(wǎng)絡(luò )速度要求也是工業(yè)PHY的一個(gè)關(guān)鍵特性。雖然百兆的速度足以滿(mǎn)足當今大多數工廠(chǎng)應用的需求，但是要求能夠支持千兆電接口的需求越來(lái)越多。由于工業(yè)設備和網(wǎng)絡(luò )的安裝成本很高，因此建議PHY設備能夠支持高達千兆的網(wǎng)絡(luò )速度要求，以適應未來(lái)的解決方案。
工業(yè)解決方案的現狀和未來(lái)
工廠(chǎng)變得更加智能，更加網(wǎng)絡(luò )化，一些行業(yè)專(zhuān)家認為正在出現第四次工業(yè)革命。然而，隨著(zhù)不斷出現的工業(yè)創(chuàng )新，很顯然在工廠(chǎng)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)，從而導致收入損失。不受惡劣工廠(chǎng)條件影響的硬件連接對于工業(yè)網(wǎng)絡(luò )的實(shí)現是非常有價(jià)值的。
Marvell的88E1512P、88E1510Q和88E1548P PHY系列產(chǎn)品專(zhuān)為滿(mǎn)足實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)的嚴格要求而設計，可用于千兆獨立和交換系統的快速開(kāi)發(fā)和部署。Marvell的PHY系列解決方案提供增強ESD保護、低延遲和確定性延遲特性，并具備在擴展溫度范圍內工作的能力，保證了工業(yè)網(wǎng)絡(luò )能夠長(cháng)期保持性能穩定。Marvell的收發(fā)器符合1000BASE-T、100BASE-TX和10BASE-T標準，滿(mǎn)足了工廠(chǎng)當前和未來(lái)的網(wǎng)絡(luò )速度要求。該系列還支持采用了新一代MAC的節能以太網(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 嵌入式系統芯片。
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