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TI:單對乙太網路以更少纜線優化網路邊緣運算
 

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

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乙太網路已經融入你我的日常生活,從商店的POS系統、體育場館的LED看板,到工業自動化流程,都能發現它的蹤影。乙太網路看似無所不在,但在某些領域仍無法廣泛應用,其中一個便是遠端工業、建築與流程自動化應用。

隨著工廠與建築自動化系統的複雜程度持續升高,從網路邊緣節點來回傳輸更多資料的需求也不斷增加。直接存取邊緣節點應用的能力有助於改善控制與狀態監測,同時還能簡化連網系統之間的資料分享。

目前能將連網功能導入邊緣節點的解決方案,通常會使用一個由多種現場匯流排協定所組成的分散式系統,並透過網路閘道器支援協定的轉換。透過協定的轉換來統一網路,不但增加複雜程度與成本,也限制了從遠端監測邊緣節點應用的能力。

乙太網路尚未「連通」這些應用有幾個因素,主要原因在於一直到近期,乙太網路規格都無法支援這類應用所需要的纜線長度。在缺乏規範、規格的情況下,設計人員在開發網路時,必須採用現有的乙太網路標準與其他方法,然而這麼做也會產生許多問題,例如增加閘道支援多個協定時,也會大幅提高系統複雜度。佈線則是另一個問題,標準乙太網路通常包含二至四條雙絞線,並不適用單對通訊。

以長距離應用而言,工廠與建築自動化設計人員多半採用現有的單對現場匯流排技術,例如4至20 mA電流迴路、HART 通訊協定(Highway Addressable Remote Transducer,高速可定址遠端傳感器)、CC-Link(Control & Communication -Link,控制與通訊連結)等,因此透過協定轉換將乙太網路加入網路設計可提高佈線成本與系統重量。

所幸單對乙太網路實體層能提供解方,尤其是符合10BASE-T1L標準的實體層,能幫助工程師提高工業通訊的頻寬,在單一介面協定下簡化網路設計,而且不必擔心佈線成本或網路複雜度因此上升。

簡單來說,單對乙太網路即是以雙絞線為傳輸線材的乙太網路。這項標準讓電力與資料傳送能在一對纜線上同時進行,又稱為PoDL資料線供電(power over data line)。

單對乙太網路命名規則為「xBASE-T1」。依其實作規格,傳輸速度為1 Gbps的單對乙太網路為「1000BASE-T1」,速度為100 Mbps的乙太網路為「100BASE-T1」,速度為10 Mbps則稱為「10BASE-T1L」或「10BASE-T1S」。這三種版本都能對應到國際電機電子工程師學會(IEEE)批准通過的802.3標準。

為了讓操作人員與邊緣節點之間的資料傳輸更快速流暢,一般會使用協定轉換與其他介入,但是單對乙太網路不只能簡化佈線,也能省去這項麻煩。簡化的資料傳輸也解決了前面談到的問題,且能支援大量資料,有助強化預測性維護,提升系統狀況、安全性與傳輸量。

連結性提升後,從任何連網裝置的應用程式,到現場傳送器、大樓控制器等最遙遠的邊緣節點,都能在不影響距離或資料傳輸速率的前提下存取乙太網路。在某些案例中,既有的電纜線束也能重複用於升級部分舊有的現場總線協定。

隨著IEEE 802.3cg新標準批准採用,運用雙絞線傳輸資料的速度與距離均大幅提升。這項創新讓設計人員能將乙太網路的觸角延伸到網路最遙遠的邊緣節點,也能以「無遠弗屆」的方式,在單一協定下簡化網路管理。

德州儀器(TI)推出新款乙太網路實體層(PHY),只需單對雙絞線即可將 10-Mbps 乙太網路訊號傳輸到最遠1.7公里處。 DP83TD510E 的纜線觸及範圍經過延展,比電機電子工程師學會(IEEE) 802.3cg 10BASE-T1L 單對乙太網路規格所要求的 200 公尺多出 1.5 公里。多出的纜線長度能幫助設計人員延展工業通訊的觸及範圍,但不會增加系統重量或佈線成本。

DP83TD510E 能幫助設計人員打造從控制器到邊緣節點的單一通訊網路,透過單對雙絞線即可傳輸全雙工數據。因為無須額外的協定、閘道器和纜線來進行更高頻寬的通訊,設計人員可以簡化網路管理,對於暖通空調閥門與致動器控制、現場傳送器、電梯主控與消防警報器控制面板等長距離應用來說,也可同時改善系統的控制與互通性。

如DP83TD510的10BASE-T1L單對乙太網路實體層(PHYs)功耗低,能創造功率餘裕給其他重要的系統元件,提升功率效率,進而降低整體操作成本,也有助減少碳排。低功耗的DP83TD510也能支援外部終端電阻器,達到 APL(Ethernet Advanced Physical Layer,乙太網路先進實體層)規格定義的本質安全需求。

關鍵字: 乙太網路  TI(德州儀器, 德儀
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