【導(dǎo)讀】對于工業(yè) 4.0 和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 的智能工廠設(shè)計者而言,需要能夠快速部署緊湊、強大、低延遲和低功耗的自動控制網(wǎng)絡(luò)接口。工業(yè)以太網(wǎng) (IE) 正在不斷地滿足各種性能要求,它采用以太網(wǎng)協(xié)議下的 PROFINET、EtherNet/IP 或 EtherCAT 等協(xié)議,以及修訂版媒體訪問控制 (MAC) 層,以提供工業(yè) 4.0 設(shè)備所需的低延遲和實時性能。
對于工業(yè) 4.0 和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 的智能工廠設(shè)計者而言,需要能夠快速部署緊湊、強大、低延遲和低功耗的自動控制網(wǎng)絡(luò)接口。工業(yè)以太網(wǎng) (IE) 正在不斷地滿足各種性能要求,它采用以太網(wǎng)協(xié)議下的 PROFINET、EtherNet/IP 或 EtherCAT 等協(xié)議,以及修訂版媒體訪問控制 (MAC) 層,以提供工業(yè) 4.0 設(shè)備所需的低延遲和實時性能。
然而可能面臨的挑戰(zhàn)是,在確保 IE 軟件獲得認證以保證運行可靠和互操作性的同時,為靈活地實施 IE 而收集所有必要的組件。
此外,還存在電源效率和環(huán)境方面的問題。例如,IE 網(wǎng)絡(luò)通常使用線型或環(huán)型網(wǎng)結(jié)構(gòu),其布線長度要少于星型網(wǎng)絡(luò)。然而,線型和環(huán)型網(wǎng)要求每個設(shè)備提供兩個以太網(wǎng)端口,這使得物理層 (PHY) 的功率耗散成為設(shè)計的關(guān)鍵。
工業(yè)環(huán)境中的溫升以及對緊湊型解決方案的需求,使得設(shè)計者必須仔細管控 IE 實施的功耗預(yù)算。
我們來考慮一個具有 2.5 W 功率耗散預(yù)算的 IE 端口,其中現(xiàn)場可編程門陣列 (FPGA)、雙數(shù)據(jù)速率 (DDR) 存儲器和以太網(wǎng)交換機共消耗 1.8 W。這樣就有 700 mW 可分配給兩個 PHY(圖 1)。
圖 1:以太網(wǎng)線型(中間)或環(huán)型(右)架構(gòu)中的每個設(shè)備都需要兩個 PHY(左)。(圖片來源:Analog Devices)
除了滿足具有挑戰(zhàn)性的功率耗散預(yù)算要求外,工業(yè)設(shè)備還需要符合國際電工委員會 (IEC) 和歐洲規(guī)范 (EN) 的若干電磁兼容性/靜電放電 (EMC/ESD) 標(biāo)準(zhǔn)。
· IEC 61000-4-2 ESD
· IEC 61000-4-4 電氣快速瞬態(tài) (EFT)
· IEC 61000-4-5 浪涌
· IEC 61000-4-6 傳導(dǎo)抗擾度
· EN 55032 輻射和傳導(dǎo)發(fā)射
按照所有這些標(biāo)準(zhǔn)進行測試,成本高且耗時長。而且,如果在測試和認證過程中出現(xiàn)任何問題,就會延長上市時間并增大成本。
參考設(shè)計能夠簡化 IE 實施
為了幫助克服與 IE 實施有關(guān)的諸多難題,Analog Devices 開發(fā)出 Chronous RapID 平臺第 2 代嵌入式參考設(shè)計。Chronous 提供了一個全面的 IE 開發(fā)環(huán)境,包括經(jīng)過驗證的、成熟的硬件和軟件,以適應(yīng)常見的 IE 協(xié)議。
該開發(fā)環(huán)境包括兩個以太網(wǎng) PHY,使其適用于以線型或環(huán)型拓撲結(jié)構(gòu)聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備。有三種板卡可供選擇,具體包括 EtherCAT (EV-RPG2-ECZ)、EtherNet/IP (EV-RPG2-ENZ) 和 PROFINET (EV-RPG2-PNZ) 的預(yù)認證軟件。EV-RPG2 評估套件(圖 2)提供了一個全面的開發(fā)環(huán)境,包括:
· 基板 — 帶有 ADIN2299 RapID 第 2 代具有認證協(xié)議軟件的模塊
· 帶有通用插頭適配器的壁插式交流 (AC) 適配器
· USB A公頭到 USB micro B 公頭的電纜
· 以太網(wǎng)電纜
圖 2:EV-RPG2 評估套件包括快速部署 IE 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備所需的一切。(圖片來源:Analog Devices)
利用 EV-RPG2 開發(fā)套件,設(shè)計者能夠在進行集成之前快速驗證主處理器與智能工廠設(shè)備(如可編程邏輯控制器 (PLC))之間的通信路徑。除了預(yù)先經(jīng)過測試的軟件外,EV-RPG2 還具有低功耗的特點,已經(jīng)按照相關(guān)的 IEC 和 EN 標(biāo)準(zhǔn)進行了測試,并支持針對各種使用案例進行定制。
ADIN2299 模塊具有適合嵌入式應(yīng)用的小尺寸,以及低功耗和低延遲的特點。該模塊是一種全面的、預(yù)先經(jīng)過測試的解決方案,能為應(yīng)用處理器管理工業(yè)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)流量,并加速 IE 與現(xiàn)場設(shè)備的集成。這種解決方案包括一個通信控制器、協(xié)議棧、閃存、RAM、從控制器和兩個 PHY 接口,以及 EtherCAT、PROFINET 實時 (RT) 或同步實時 (IRT) 和 EtherNet/IP 網(wǎng)絡(luò)所需的特定軟件(圖 3)。
圖 3:ADIN2299 模塊具有適合嵌入式應(yīng)用的小尺寸,并有兩個以太網(wǎng) PHY(右)。(圖片來源:Analog Devices)
ADIN2299 嵌入式 IE 模塊中的 PHY 使用兩個 ADIN1200 低功耗、單端口 10 Mbps 和 100 Mbps 以太網(wǎng)收發(fā)器。ADIN1200 有一個節(jié)能型以太網(wǎng) PHY 核心、模擬電路、輸入和輸出時鐘緩沖、管理接口和子系統(tǒng)寄存器、MAC 接口和控制邏輯。ADIN1200 的其他特點包括:
· 符合 10BASE-Te/100BASE-TX IEEE 802.3 標(biāo)準(zhǔn)
· 媒體獨立接口 (MII)、精簡型 MMI (RMII) 和精簡型千兆 MMI (RGMII) MAC 接口
100BASE-TX RGMII 延遲:發(fā)送 <124 ns,接收 <250 ns
100BASE-TX MII 延遲:發(fā)送 <52 ns,接收 <248 ns
· 符合
IEC 61000-4-4 電氣快速瞬變 (EFT) (±4 kV)
IEC 61000-4-5 浪涌 (±4 kV)
IEC 61000-4-6 傳導(dǎo)抗擾度
EN55032 輻射和傳導(dǎo)發(fā)射(A 級)
· -40°C 至 +105°C 環(huán)境工作范圍
· 1.8 V 時,100BASE-TX 的功耗為 139 mW
· 5 × 5 mm,32 引線框架芯片比例封裝 (LFCSP)(圖 4)
圖 4:ADIN1200 以太網(wǎng)收發(fā)器堅固耐用,其 5 mm2 LFCSP 封裝支持緊湊型解決方案。(圖片來源:Analog Devices)
結(jié)語
PROFINET、EtherNet/IP 和 EtherCAT 等 IE 協(xié)議可以支持工業(yè) 4.0 所需的低延遲自動化和控制網(wǎng)絡(luò)接口的需求。為了在確?;ゲ僮餍缘耐瑫r加速 IE 部署并降低成本,Analog Devices 推出了一款具有高效 PHY 的參考設(shè)計和豐富的預(yù)認證軟件套件。
(來源:ADI公司,作者:Jeff Shepard)
免責(zé)聲明:本文為轉(zhuǎn)載文章,轉(zhuǎn)載此文目的在于傳遞更多信息,版權(quán)歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問題,請聯(lián)系小編進行處理。
推薦閱讀:
數(shù)字控制回路的模擬組件(模擬控制器轉(zhuǎn)向易于編程的數(shù)字控制環(huán)路)