介紹

隨著數字化在我們日常生活的幾乎所有方面進一步發(fā)展，越來越多的數據需要在不同的設備和機器之間不斷交換。特別是在工業(yè)領域，傳統(tǒng)的通信技術正在挑戰(zhàn)其極限，以太網，或者在這種情況下是工業(yè)以太網，正在成為新標準。有了它，可以在長達 100 m 的距離內實現(xiàn)千兆位范圍內的非常高的數據速率，如果使用光纖電纜，甚至可以達到幾公里。

以太網是 IEEE 802.3 中規(guī)定的接口規(guī)范。IEEE 802.3 的元素之一是以太網物理 （PHY） 層。它是用于發(fā)送和接收數據或以太網幀的收發(fā)器組件。在 OSI 模型中，以太網覆蓋第 1 層（物理層）和第 2 層的一部分（數據鏈路層）。

物理層指定電信號的類型、信號速率、媒體和連接器類型以及網絡拓撲。以太網 PHY 可以映射到其上，如表 1 所示。

PHY形成物理接口，負責純數字系統(tǒng)和傳輸信號的介質之間的數據編碼和解碼。因此，它代表了接口的數字和電氣連接層之間的橋梁。

數據鏈路層定義了在介質上進行通信的方式以及傳輸和接收消息的幀結構。這意味著它定義了如何排列來自線路的位，以便能夠從位流中提取數據。使用以太網時，這稱為媒體訪問控制 （MAC），位于 PHY 附近，但在數據鏈路層中。MAC 通常集成到控制器或交換機中。

PHY 可以是分立元件，也可以集成到以太網控制器中。圖1顯示了所需以太網組件和分立PHY的簡化框圖。

圖1.以太網連接的簡化框圖。

如果要使用分立PHY實現(xiàn)設計，則在選擇PHY時應牢記幾個標準。

選擇工業(yè) PHY 時要考慮的重要標準

在工業(yè)應用中，數據傳輸和網絡必須在很寬的溫度范圍內具有高度可靠性和故障安全性。這相應地適用于所有組件。

網絡周期時間

網絡周期時間是控制器從連接的設備收集和更新數據所需的時間。具有低延遲的PHY縮短了網絡周期時間，從而縮短了網絡更新時間，這對于時間關鍵型應用程序尤其重要。因此，可以將更多設備連接到網絡。

對干擾的敏感性/魯棒性

工業(yè)應用中的操作環(huán)境通常很惡劣。PHY必須能夠承受普遍的外部條件，因為它直接或通過小磁性元件連接到電纜，可以將干擾（輻射或傳導）耦合到電纜中。

EMC 標準（如 CISPR 32 和 IEC 61000-4-2 至 IEC 6100-4-6）是衡量 PHY 規(guī)范的標準。強大的 PHY 為認證鋪平了道路，并消除了通常繁瑣的重新設計任務。

損耗和溫度范圍

工業(yè)應用設備通常具有IP65/IP66的防塵和防潮保護。這限制了可用于冷卻電子設備的氣流。同時，工業(yè)應用中的設備經常暴露在高環(huán)境溫度下。此外，對于線形和環(huán)形拓撲，需要兩個以太網連接，因此需要兩個PHY，因此數據輸入和輸出的PHY損耗加倍。因此，應選擇低損耗的PHY，以便將自發(fā)熱降至最低。

審核編輯：郭婷