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TI:单对乙太网路以更少缆线优化网路边缘运算
 

【CTIMES/SmartAuto 王岫晨 报导】   2020年10月28日 星期三

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乙太网路已经融入你我的日常生活,从商店的POS系统、体育场馆的LED看板,到工业自动化流程,都能发现它的踪影。乙太网路看似无所不在,但在某些领域仍无法广泛应用,其中一个便是远端工业、建筑与流程自动化应用。

随着工厂与建筑自动化系统的复杂程度持续升高,从网路边缘节点来回传输更多资料的需求也不断增加。直接存取边缘节点应用的能力有助於改善控制与状态监测,同时还能简化连网系统之间的资料分享。

目前能将连网功能导入边缘节点的解决方案,通常会使用一个由多种现场汇流排协定所组成的分散式系统,并透过网路闸道器支援协定的转换。透过协定的转换来统一网路,不但增加复杂程度与成本,也限制了从远端监测边缘节点应用的能力。

乙太网路尚未「连通」这些应用有几个因素,主要原因在於一直到近期,乙太网路规格都无法支援这类应用所需要的缆线长度。在缺乏规范、规格的情况下,设计人员在开发网路时,必须采用现有的乙太网路标准与其他方法,然而这麽做也会产生许多问题,例如增加闸道支援多个协定时,也会大幅提高系统复杂度。布线则是另一个问题,标准乙太网路通常包含二至四条双绞线,并不适用单对通讯。

以长距离应用而言,工厂与建筑自动化设计人员多半采用现有的单对现场汇流排技术,例如4至20 mA电流??路、HART 通讯协定(Highway Addressable Remote Transducer,高速可定址远端传感器)、CC-Link(Control & Communication -Link,控制与通讯连结)等,因此透过协定转换将乙太网路加入网路设计可提高布线成本与系统重量。

所幸单对乙太网路实体层能提供解方,尤其是符合10BASE-T1L标准的实体层,能帮助工程师提高工业通讯的频宽,在单一介面协定下简化网路设计,而且不必担心布线成本或网路复杂度因此上升。

简单来说,单对乙太网路即是以双绞线为传输线材的乙太网路。这项标准让电力与资料传送能在一对缆线上同时进行,又称为PoDL资料线供电(power over data line)。

单对乙太网路命名规则为「xBASE-T1」。依其实作规格,传输速度为1 Gbps的单对乙太网路为「1000BASE-T1」,速度为100 Mbps的乙太网路为「100BASE-T1」,速度为10 Mbps则称为「10BASE-T1L」或「10BASE-T1S」。这三种版本都能对应到国际电机电子工程师学会(IEEE)批准通过的802.3标准。

为了让操作人员与边缘节点之间的资料传输更快速流畅,一般会使用协定转换与其他介入,但是单对乙太网路不只能简化布线,也能省去这项麻烦。简化的资料传输也解决了前面谈到的问题,且能支援大量资料,有助强化预测性维护,提升系统状况、安全性与传输量。

连结性提升後,从任何连网装置的应用程式,到现场传送器、大楼控制器等最遥远的边缘节点,都能在不影响距离或资料传输速率的前提下存取乙太网路。在某些案例中,既有的电缆线束也能重复用於升级部分旧有的现场总线协定。

随着IEEE 802.3cg新标准批准采用,运用双绞线传输资料的速度与距离均大幅提升。这项创新让设计人员能将乙太网路的触角延伸到网路最遥远的边缘节点,也能以「无远弗届」的方式,在单一协定下简化网路管理。

德州仪器(TI)推出新款乙太网路实体层(PHY),只需单对双绞线即可将 10-Mbps 乙太网路讯号传输到最远1.7公里处。 DP83TD510E 的缆线触及范围经过延展,比电机电子工程师学会(IEEE) 802.3cg 10BASE-T1L 单对乙太网路规格所要求的 200 公尺多出 1.5 公里。多出的缆线长度能帮助设计人员延展工业通讯的触及范围,但不会增加系统重量或布线成本。

DP83TD510E 能帮助设计人员打造从控制器到边缘节点的单一通讯网路,透过单对双绞线即可传输全双工数据。因为无须额外的协定、闸道器和缆线来进行更高频宽的通讯,设计人员可以简化网路管理,对於暖通空调阀门与致动器控制、现场传送器、电梯主控与消防警报器控制面板等长距离应用来说,也可同时改善系统的控制与互通性。

如DP83TD510的10BASE-T1L单对乙太网路实体层(PHYs)功耗低,能创造功率馀裕给其他重要的系统元件,提升功率效率,进而降低整体操作成本,也有助减少碳排。低功耗的DP83TD510也能支援外部终端电阻器,达到 APL(Ethernet Advanced Physical Layer,乙太网路先进实体层)规格定义的本质安全需求。

關鍵字: 以太网络  TI 
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