【導(dǎo)讀】如今，“工業(yè)以太網(wǎng)”一詞使用非常頻繁，以至于人們很容易混淆，并開始認(rèn)為它一定與消費(fèi)和計(jì)算設(shè)備中使用的以太網(wǎng)有所不同。本博文旨在回顧這種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的演變，并解釋消費(fèi)以太網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)的區(qū)別。本文還介紹Nexperia的一系列器件，這些器件可用于保護(hù)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)免受靜電放電(ESD)的破壞性影響，無論它們是部署在日常消費(fèi)應(yīng)用還是工業(yè)應(yīng)用中。
如今，“工業(yè)以太網(wǎng)”一詞使用非常頻繁，以至于人們很容易混淆，并開始認(rèn)為它一定與消費(fèi)和計(jì)算設(shè)備中使用的以太網(wǎng)有所不同。本博文旨在回顧這種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的演變，并解釋消費(fèi)以太網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)的區(qū)別。本文還介紹Nexperia的一系列器件，這些器件可用于保護(hù)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)免受靜電放電(ESD)的破壞性影響，無論它們是部署在日常消費(fèi)應(yīng)用還是工業(yè)應(yīng)用中。
以太網(wǎng)簡(jiǎn)史
1972年，施樂帕洛阿爾托研究中心(PARC)首次開發(fā)出以太網(wǎng)。自此，以太網(wǎng)的靈活性使其成為備受歡迎的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)接口。它有多種邏輯拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)形式（星型、環(huán)型、總線型等），并使用互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)傳輸數(shù)據(jù)。以太網(wǎng)最初設(shè)計(jì)為通過同軸電纜以高達(dá)10 MB/秒(Mbps)的速度傳輸數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)十年的標(biāo)準(zhǔn)化，不斷演變并提高運(yùn)行速度，從100 Mbps、1 Gbps直到最近的千兆級(jí)(MG)。以太網(wǎng)支持從非屏蔽雙絞線(UTP)銅纜到光纖電纜等各種類型的介質(zhì)。雖然最初旨在用于學(xué)術(shù)和商業(yè)場(chǎng)所的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，但其靈活性使其迅速適應(yīng)了家庭和工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。表1顯示了以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的一些主要（非光纖）版本及其目標(biāo)市場(chǎng)。
表1：主要以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)匯總
什么是“工業(yè)以太網(wǎng)”？
它與“普通”以太網(wǎng)有何不同？
“工業(yè)”以太網(wǎng)一詞僅表示網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的位置，即工業(yè)環(huán)境。在物理層，家庭/辦公室以太網(wǎng)和“工業(yè)”以太網(wǎng)的運(yùn)行方式?jīng)]有區(qū)別，它們使用相同的介質(zhì)（電纜）和信號(hào)電壓電平，并在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳輸或接收數(shù)據(jù)的時(shí)間和速度方面遵守相同的規(guī)則。這意味著在物理層，它們具有電氣兼容性。兩者之間的差異體現(xiàn)在更高的OSI層（網(wǎng)絡(luò)層），這超出了以太網(wǎng)規(guī)范的范圍。工業(yè)以太網(wǎng)使用不同的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，例如Profinet和以太網(wǎng)/IP，它們比互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議能夠更好地滿足工業(yè)操作的實(shí)時(shí)要求。其他差異在于將電纜連接到接口的連接器類型。以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定使用RJ45連接器，但在存在高電壓/電流和大量重型設(shè)備的惡劣工業(yè)環(huán)境中，這些連接器有時(shí)可能容易因灰塵和濕氣而損壞。一些制造商設(shè)計(jì)了具有更高穩(wěn)健性（更好的機(jī)械和電氣屏蔽）的連接器，以便適應(yīng)這些條件，但這不屬于任何以太網(wǎng)規(guī)范。除了連接器不同之外，基于工業(yè)以太網(wǎng)的設(shè)備通常使用可安裝在35 mm DIN導(dǎo)軌上的器件，并可采用工業(yè)應(yīng)用中常用的24 V直流電源運(yùn)行。
保護(hù)以太網(wǎng)電路
最簡(jiǎn)單的以太網(wǎng)接口電路如圖1所示。PHY（物理層的縮寫）是管理以太網(wǎng)傳輸和接收數(shù)據(jù)的規(guī)則的集成電路。盡管電纜兩端的電壓電位存在差異，但隔離變壓器可提供電氣隔離，同時(shí)仍能發(fā)出信號(hào)。它們還提供一些針對(duì)瞬態(tài)浪涌和ESD事件的保護(hù)。共模扼流圈用于減少電纜中雙絞線之間的電磁干擾(EMI)，這對(duì)于非屏蔽雙絞線尤其重要。
對(duì)于如何實(shí)現(xiàn)變壓器和CMC電路，有多種不同的選擇：
? 集成磁性模塊，包括變壓器和CMC
? 集成連接器，包括RJ45連接器、變壓器和CMC
感性器件的實(shí)現(xiàn)方式?jīng)Q定了ESD保護(hù)器件的布局和產(chǎn)品選擇。如果隔離變壓器PHY側(cè)的中心抽頭接地，則需要使用雙向器件。最常見的情況是它保持懸空或通過電容接地。那么，單向和雙向器件都可以使用。如圖1所示，放置ESD保護(hù)器件有兩種選擇。首先，它可以放置在PHY和感性器件之間，這也適用于所有形式的集成感性器件。如果CMC和隔離變壓器是獨(dú)立的器件，則可以將ESD保護(hù)器件放置在CMC和隔離變壓器之間，從ESD保護(hù)的角度來看，這是首選位置。無論哪種情況，此處所示的ESD保護(hù)器件需要放置在隔離變壓器的PHY側(cè)。
圖1：磁性器件的實(shí)施會(huì)影響ESD器件的放置
Nexperia為所有以太網(wǎng)實(shí)施提供ESD保護(hù)
為了給設(shè)計(jì)人員提供最大的靈活性，Nexperia為以太網(wǎng)接口中磁性器件的每種實(shí)施提供了廣泛的ESD保護(hù)器件（表2）。
表2：選擇Nexperia的ESD保護(hù)器件來保護(hù)工業(yè)以太網(wǎng)
這些器件的主要特性包括多種封裝選項(xiàng)（無引腳和有引腳），并且它們的電容值適合其設(shè)計(jì)時(shí)所遵守的以太網(wǎng)規(guī)范要求的運(yùn)行速度。數(shù)據(jù)速率越高，電容越低，同時(shí)在惡劣的工業(yè)環(huán)境中仍提供高級(jí)別保護(hù)。
結(jié)論
工業(yè)以太網(wǎng)在電氣方面與標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)相同，但工業(yè)環(huán)境更加惡劣，發(fā)生電壓浪涌和ESD事件的可能性更大。
(來源：Nexperia，作者：Andreas Hardock）
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