以太网侵入工业空间

作为工业通信协议，以太网采用率的增长，在智能工厂的演变过程中发挥了关键作用。最初仅限于工厂的控制和信息级别，IEEE 批准了对原始 IEEE 802.3 协议的多项扩展，使以太网能够支持工业过程的确定性要求。此后这些扩展成为开放标准，在行业内广泛部署，并使工业环境中的以太网部署呈指数级增长。

Design Considerations for Industrial Ethernet

以太网正迅速成为工业环境中的主要网络技术，最近推出的众多 IEEE 802 以太网子标准，涵盖了支持实时通信所需的机制。随着越来越多的工厂系统使用以太网设备，设计人员必须确保网络模块能够经受住恶劣的工厂环境条件。选择元件时必须考虑坚固性、工作温度范围、灰尘、电气噪声和振动等因素。无处不在的 RJ45 连接器，多年来一直是网络布线的主要支柱，是工厂环境中首选的连接器解决方案，本文着眼于将这些连接器整合至工厂系统中时必须考虑的因素。

工业环境中的以太网变化

在提高生产力和资产回报率的持续推动下，工厂自动化水平和联网设备的普及率呈逐年增长。随着机器人系统的使用从传统的装配线转移至更小、更灵活的应用程序，包括人类操作员和机器人一起工作的协作工作空间，机器人系统的部署数量正在迅速增加。许多通用标准的发展促进了自动化水平的提高，促进了开放系统的发展，确保了不同制造商的更大范围设备的互操作性。

作为工业通信协议，以太网采用率的增长，在智能工厂的演变过程中发挥了关键作用。最初仅限于工厂的控制和信息级别，IEEE 批准了对原始 IEEE 802.3 协议的多项扩展，使以太网能够支持工业过程的确定性要求。此后这些扩展成为开放标准，在行业内广泛部署，并使工业环境中的以太网部署呈指数级增长。

以太网的持续发展

以太网协议跨越 OSI 层模型的第 1 层（物理）和第 2 层（数据链路），并描述了联网设备如何格式化数据以传输至同一网段上的其他网络设备，以及如何将这些数据置于网络连接中。最初设计用于在同轴电缆上运行的典型以太网 LAN，现在使用特殊等级的双绞线电缆或光纤电缆。以太网标准正在稳步发展，以适应新媒体、更高传输速度以及帧内容与功能要求的变化，例如定义以太网供电 [POE] 的 802.3af。

工业环境中最常安装的以太网系统是 100 BASE-T（“BASE-T”表示使用双绞线电缆），可提供高达每秒 100 兆比特 (Mbps) 的传输速度。千兆以太网提供 1000 Mbps（每秒 1 千兆或 10 亿比特）的速度，而 10 GbE（10 千兆）以太网提供高达 10 Gbps 的速度。速度正在不断变快，以实现标准化。

PHY 是 OSI 模型物理层的缩写，是指实现物理层功能所需的电路。以太网 PHY 是实施 1000BASE-T、100BASE-TX、和 10BASE-T 标准物理层部分的以太网物理层选项，PHY 功能通常在一个芯片中实现，这种芯片对接以太网线路调制的模拟域和链路层分组信令的数字域。图 1 概述了 PHY 设备可实现的功能。

根据图 1，以太网 PHY 功能还有另外两个重要元件。“磁件”是一种模拟电路，旨在满足 IEEE 802.3 10/100/1000BASE-T 规范的电气接口要求，使以太网上的不同节点长距离连接。磁件解决了关键的电气接口要求，包括电气隔离、信号平衡、共模抑制、阻抗匹配和 EMC 改进。RJ45 连接器是一种低成本的八位 8P8C，长期以来一直是以太网连接的支柱，并且在当前使用的所有以太网电缆上都可以找到。因此，任何 PHY 板材都必须包含合适的 RJ45 连接器。

支持工业以太网市场对 ICM 的需求

如今，许多连接器制造商都在提供集成连接器模块 (ICM)，其中磁性电路内置于RJ45 型连接器块内。在 PHY 板材的设计中使用 ICM 具有许多优势，包括更少的组件数量 - 可降低生产/组装成本，通过金属屏蔽更好地屏蔽敏感电缆 EMC，PCB 尺寸更小。ICM 还使 PHY 模块设计完全处于数字域被，模拟电路封装在连接器内。

作为集成连接器模块 (ICM) 的最大供应商，Bel 集团旗下的 Bel Magnetic Solutions可为通信、工业和商用提供广泛的磁件。Bel 广泛的产品组合包括 3 种专门针对以太网市场的 ICM 产品，本品在恶劣环境中实现可靠、低成本的连接，工作温度介于 -40°C 和 +85°C 之间。适用于多种应用，包括工业以太网控制器、机器控制面板、以太网照明控制、工业无线接入点和工业视频显示单元，ICM 总结参见以下 表 1。

这些 ICM 与所有主要的 10/100Base-T 和 1GBase-T PHY 兼容，体积小，易于使用，旨在应对工厂中的压力和变化。这些连接器经久耐用，使用寿命长，可确保极低的故障率，并可在 -40°C 至 85°C 之间运行。红外线 (IR) 回流兼容性和卷带封装选项，支持自动插入 PCB，进一步降低模块生产成本。

ICM 解决方案领导者

随着以太网成为工厂中的主要通信协议，包括各种机器人系统在内的越来越多的工业机器必须连接至以太网网络。工业以太网控制器和机器控制面板等工业规格网络设备的设计者必须仔细选择元件，关键考虑因素是耐用性、生命周期和成本。ICM 模块 在确保恶劣环境中持久可靠的连接方面发挥着关键作用，这些连接器不仅要能提供必要的机械耐用性，其电气性能在恶劣、有噪声的工厂环境中也至关重要。