針對惡劣工業(yè)環(huán)境選擇以太網(wǎng)的三大注意事項

自問(wèn)世以來(lái)，以太網(wǎng)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，現已在商業(yè)和企業(yè)市場(chǎng)上得到了大量的應用。由于它具有定義明確的標準和易于部署的特性，以太網(wǎng)在工業(yè)世界中的廣泛傳播也是合乎常理的。然而，要在惡劣的工業(yè)環(huán)境中滿(mǎn)足以太網(wǎng)的要求仍需要大量洞察和努力。

如圖1所示，工業(yè)環(huán)境和商業(yè)環(huán)境完全不同，自身會(huì )面臨一系列挑戰。工業(yè)環(huán)境往往包括許多惡劣的條件，如更高的溫度范圍和電壓、更高的噪聲、機械應力等。工業(yè)級 以太網(wǎng)物理層（PHY） 必須根據以太網(wǎng)協(xié)議的要求執行。在本文中，我將簡(jiǎn)要描述為您的系統選擇以太網(wǎng)物理層時(shí)要考慮的三個(gè)更重要的因素。

1.低延遲。延遲是指數據包從源傳輸到目標所需的時(shí)間。網(wǎng)絡(luò )中的不同部分將導致總的網(wǎng)絡(luò )延遲。工業(yè)網(wǎng)絡(luò )中的通信對時(shí)間要求嚴格，這意味著(zhù)延遲應該是最小的和確定的。較高的延遲和不同的數據包到達時(shí)間會(huì )降低系統性能。

標準以太網(wǎng)具有不確定性。IEEE 802.3標準沒(méi)有指定以太網(wǎng)物理層的最大延遲數。然而，對于工業(yè)環(huán)境中的以太網(wǎng)收發(fā)器來(lái)說(shuō)，具有低且確定的延遲變得非常重要。低且確定的延遲能夠加快響應時(shí)間并提高可預測性。低延遲可以讓?xiě)酶斓剡\行，因為信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳播時(shí)等待時(shí)間的更短，而確定性延時(shí)由于延時(shí)保持不變而提高了不同網(wǎng)絡(luò )的同步性。

2.EMI/EMC。電磁干擾（EMI）是系統無(wú)意間產(chǎn)生的電磁能量。另一方面，電磁兼容性（EMC）是指系統能夠在其他系統產(chǎn)生電磁能量的環(huán)境中運行。電磁干擾（EMI）和電磁兼容性（EMC）是工業(yè)環(huán)境中的重要參數，因為其可能具有多種電磁能量來(lái)源?？闺姶鸥蓴_性能差的系統會(huì )輻射大量能量，會(huì )擾亂附近的敏感器件并降低效率，因為能量在輻射中被浪費。電磁兼容性差的設計會(huì )使系統高度敏感并導致性能問(wèn)題。電磁兼容設計差的系統的性能會(huì )受其他典型輻射源影響，如Wi-Fi、手機等。

存在不同的EMI/EMC標準，如歐洲標準化委員會(huì )（EN）、國際無(wú)線(xiàn)電干擾特別委員會(huì )（CISPR）、美國聯(lián)邦通信委員會(huì )（FCC）等，這些標準會(huì )因地區和預期市場(chǎng)而變化。設備在獲得使用認證前，必須滿(mǎn)足這些標準規定的要求。這些標準隨設備的最終應用而變化。工業(yè)市場(chǎng)的EMI/EMC標準較商業(yè)市場(chǎng)更為嚴格。

3.ESD保護。靜電放電（ESD）是一種突然進(jìn)入系統的電流，它與帶電體接觸。靜電放電事件很短，但它們可以向系統注入大量能量。如果設備的設計不能承受此類(lèi)事件，其結果對設備來(lái)說(shuō)很可能是毀滅性的，通常會(huì )導致設備毀壞。由于靜電放電并不總是留下明顯的損壞跡象，因此在復雜的系統中很難找到損壞的設備。作為一個(gè)如此重要的參數，諸如國際電工委員會(huì ) (IEC) 61000-4-2的ESD標準已經(jīng)制定，以設定器件必須滿(mǎn)足的最低要求，——哪些設備必須滿(mǎn)足，這取決于它們的最終應用。與EMI/EMC類(lèi)似，工業(yè)市場(chǎng)的ESD要求比商業(yè)市場(chǎng)更為嚴格。

工業(yè)級以太網(wǎng)物理層應具有低的確定性延遲，符合嚴格的EMI/EMC標準，并能抵抗ESD事件。TI的 以太網(wǎng)產(chǎn)品組合 旨在滿(mǎn)足這些要求，并已在世界各地的許多惡劣工業(yè)環(huán)境中投入使用，并且包括 DP83867 工業(yè)千兆位以太網(wǎng)物理層和 DP83826E  10/100以太網(wǎng)物理層等設備。 

圖1：通過(guò)無(wú)線(xiàn)和有線(xiàn)連接（包括以太網(wǎng)）的現代工業(yè)設置

其他資源

●    使用TI設計符合EMI/EMC標準的工業(yè)溫度雙端口千兆以太網(wǎng)參考設計 ，快速開(kāi)始您的設計。

●   用符合EN5011評估模塊 進(jìn)行TI新的千兆位以太網(wǎng)物理層實(shí)驗 。

●   在應用報告 “ 工廠(chǎng)自動(dòng)化中的延遲 ” 中了解有關(guān)延遲的更多信息。

 ●   在應用報告 “ 減少輻射發(fā)射 ” 中了解EMI/EMC設計指南。