電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）如今的工業(yè)場(chǎng)景中，整個(gè)工業(yè)系統(tǒng)遍布著復(fù)雜的自動(dòng)化架構(gòu)和各式各樣的制造技術(shù)，這些通過(guò)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)連接在一起，穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)連接是工業(yè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)正?；具\(yùn)行的關(guān)鍵所在。

與在商業(yè)類場(chǎng)景、消費(fèi)類場(chǎng)景部署以太網(wǎng)不同，工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)境中會(huì)有更多物理和電磁環(huán)境上的挑戰(zhàn)。工業(yè)級(jí)的以太網(wǎng)PHY在溫度耐受、電壓浪涌、延遲要求和網(wǎng)絡(luò)速度上都有非常嚴(yán)苛的要求。

延遲對(duì)工業(yè)自動(dòng)化的影響

在工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)中，有許多延遲的來(lái)源。一些延遲由物理連接產(chǎn)生，典型的就是布線和PCB連接導(dǎo)致的延遲。在網(wǎng)絡(luò)連接上，數(shù)據(jù)通過(guò)PHY、MAC、開(kāi)關(guān)和路徑中的其他組件時(shí)也會(huì)導(dǎo)致延遲。延遲也是選擇PHY時(shí)很重要的參考指標(biāo)。

IEEE 802.3系列標(biāo)準(zhǔn)雖然不斷在發(fā)展，但是對(duì)于數(shù)據(jù)包穿越PHY的時(shí)間這一項(xiàng)，是沒(méi)有廢除明確的規(guī)范的。但延遲又能很直接地影響到實(shí)時(shí)工廠自動(dòng)化應(yīng)用程序。既然延遲不是IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)所指定的以太網(wǎng)的定義值，又不是以太網(wǎng)固有的同步或可重復(fù)的值。因此以太網(wǎng)和工廠自動(dòng)化應(yīng)用之間必須通過(guò)以太網(wǎng)物理層設(shè)備PHY的精心架構(gòu)來(lái)解決工廠自動(dòng)化應(yīng)用之間的脫節(jié)。

無(wú)論網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或工業(yè)協(xié)議如何，這些協(xié)議都有一個(gè)共同的目標(biāo)，即為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)上的不同節(jié)點(diǎn)提供精確地控制。這一點(diǎn)可以通過(guò)對(duì)傳輸和接收的數(shù)據(jù)包進(jìn)行時(shí)間戳，并使用這些時(shí)間戳在網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)上對(duì)齊網(wǎng)絡(luò)時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)時(shí)間由數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)中的協(xié)議所共享，每個(gè)節(jié)點(diǎn)上的時(shí)間戳單位都會(huì)標(biāo)記該時(shí)間。任何時(shí)間戳的變化會(huì)降低系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。較長(zhǎng)的延遲也會(huì)限制數(shù)據(jù)包可以使用時(shí)間戳的頻率以及限制網(wǎng)絡(luò)中允許的節(jié)點(diǎn)數(shù)量。因此，必須盡可能降低延遲。

工業(yè)以太網(wǎng)PHY——延遲

對(duì)于工業(yè)自動(dòng)化里需要精確控制的運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用程序，周期時(shí)間一般需要在幾十微秒。在這些級(jí)別上，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)組件的延遲是至關(guān)重要的。以太網(wǎng)物理層PHY的延遲控制周期時(shí)間是非常關(guān)鍵的限制因素。

在1000Base-T、100Base-TX等以太網(wǎng)中，操作延遲更小的PHY可以提高周期時(shí)間。更小的延遲可以將周期時(shí)間提高到和更快傳輸速率以太網(wǎng)相同的級(jí)別，這相當(dāng)于變相增加了網(wǎng)絡(luò)帶寬。目前大多數(shù)工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用程序在100Base-TX以太網(wǎng)中運(yùn)行，但很多應(yīng)用也正在開(kāi)始轉(zhuǎn)移到1000Base-T，1000Base-T以太網(wǎng)可以提供更高的帶寬。延遲更低的PHY變相增加了網(wǎng)絡(luò)帶寬，也能很順利地幫助以太網(wǎng)向更高數(shù)據(jù)速率轉(zhuǎn)變。

工業(yè)以太網(wǎng)演進(jìn)下的PHY其他挑戰(zhàn)

溫度是工業(yè)場(chǎng)景中很難控制的，更嚴(yán)苛的溫度條件也給PHY設(shè)計(jì)增加了不少難度，PHY需要在很寬的溫度范圍內(nèi)保證發(fā)揮出其額定性能。一般來(lái)說(shuō)工業(yè)以太網(wǎng)PHY應(yīng)能夠在－40至85℃的溫度范圍內(nèi)工作，并需要承受125℃的最大結(jié)溫。

功耗也是一個(gè)在任何時(shí)候都很重要的因素，尤其是在千兆位的PHY中，其功耗對(duì)系統(tǒng)的總功耗會(huì)產(chǎn)生重大影響。留給以太網(wǎng)物理層的功耗預(yù)算不會(huì)太多，而且每個(gè)互聯(lián)設(shè)備都是需要兩個(gè)以太網(wǎng)物理層，功耗需要夠低才能滿足整個(gè)設(shè)備的連接要求。有的廠商在低功耗PHY之外還會(huì)選擇用雙電源操作來(lái)實(shí)現(xiàn)更低的功耗。

小結(jié)

隨著工廠自動(dòng)化系統(tǒng)復(fù)雜性的不斷增長(zhǎng)，在節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間傳輸更多數(shù)據(jù)的需求不斷增加，在工廠中維持高性能互聯(lián)將變得愈發(fā)重要。不受惡劣工業(yè)環(huán)境影響的PHY 硬件連接對(duì)于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)很有價(jià)值。