定義和標準

在工業(yè)應用中工業(yè)以太網很容易與普通以太網混淆，有時被稱為單對以太網 (SPE)。這種架構源于傳統(tǒng)局域網應用中的標準，其中使用兩對或四對雙絞線以 100 Mbps（兆位/秒）或 1000 Mbps（兆位/秒）的速度傳輸數據。SPE 僅使用一對雙絞線，用于 10 Mbps 至 10 Gbps 的通信速度，每根電纜都遵循專用標準（表 1）。

表 2 顯示了符合 IEEE802.3cg 表 104-1 和 IEEE802.3bu 表 104-1a 的不同功率等級。規(guī)定最小功率為 10 級，電源接口處最大電流為 92mA，因此用電設備的最大平均功率為 1.23W。規(guī)定最大功率為 15 級，相應的電流為 1579mA，用電設備的最大平均可用功率為 52W。

系統(tǒng)架構

根據應用的功率需求和安全要求，可能有不同的架構。
第一種選項是僅將 10Base-T1L 用于控制與傳感或動作元件之間的數據傳輸，因此只需要一個共模扼流圈 (CMC)（圖 1）。

 

第二種選項包括需要共模扼流圈 (CMC) 和差模電感器 (DMI) 的功率傳輸。差模電感器可以根據所需的功率水平或傳輸的電流進行選擇，這將為 DMI 帶來多種選擇。對于更大的電流，必須使用更大的電感器，在施加更小電流的傳感或動作器件中，更低高度和更小尺寸的電感器可能是最佳選擇（圖 2）。

 

第三種選項適用于對安全至關重要且需要電流隔離的區(qū)域。對于這些環(huán)境，除了 CMC 和 DMI 外，還使用了隔離變壓器或耦合電感器，以防止不必要的電流在兩個器件之間流動（圖 3）。

 

實際上，上述所有選項都需要，圖 4 顯示了一個從頂部開始的實施示例，系統(tǒng)安裝在控制室中。通常不需要隔離，但會使用共模扼流圈，也可能會使用差模電感器。由于會連接到主干服務，有時還會連接到云，因此使用了多種速度級別（高達 1 Gbps）和技術（例如 10Base-T1S、100Base-T1、100Base-TX、1000Base-T）。
下一個級別是連接不同場開關的近場。對于這種應用，將使用長度為幾百米至 1000 米的電纜，必須進行隔離，需要共模濾波器以及用于大功率電源的 DMI。在最后一段，實現了從場開關到傳感器和執(zhí)行器的連接。要求與上一個級別相似，但負載中使用的 DMI 尺寸可能更小，因為每個器件的功耗通常在 300 mA 范圍內。

 

電路圖

· 附加組件

有幾個組件對減少可能的靜電放電脈沖的影響非常有用。雙向 TVS 二極管具有低容量的優(yōu)勢，因此可以用于高速應用。此外，它們速度很快，增加了對高壓事件的響應時間。
電容器用于防止電流流經隔離耦合電感器的一個線圈，從而減少不必要的功率損耗。此外，還增加了額外的隔離，以確保能夠用在安全相關的環(huán)境中。

· 功率等級 10-14 的設置

為功率等級 10 至 14 定義的電流將高達約 600 mA，對于這些情況，將應用所謂的 PHY 側注入，這意味著電流注入，因此 DMI 將被置于 PHY 和 CMC 之間，所以 CMC 必須承受電流。

電路

BOM

編號	產品類型	值	TDK 部件編號
C1, C2	電容器	100nF, 100V	CGA4J2X7R2A104K125AA
D2, D3	TVS 二極管	5VDC, 15kV. 0.65pF	B74121U0033M060
I1	隔離耦合電感器	2.2mH, 500mA, 2kV	ICI70CGI-222
L1	共模扼流圈	470μH, 700mA 250μH, 100mA	RCM70CGI-471 ADF45CGI-251
L2	電感器	250μH, 220mA	PID75-251M

 

· 功率等級 15 的設置

為功率等級 15 定義的電流比任何其他等級都高，大約為 1500 mA。對于這種情況，如果使用線路側注入，這意味著功率注入，DMI 將被置于 CMC 和連接器之間。在這種情況下，CMC 可以設計得小得多，因為它不需要僅通過信號傳輸的功率即可正常工作。

電路

BOM

編號	產品類型	值	TDK 部件編號
C1, C2	電容器	100nF, 100V	CGA4J2X7R2A104K125AA
D2, D3	TVS 二極管	5VDC, 15kV. 0.65pF	B74121U0033M060
I1	隔離耦合電感器	2.2mH, 500mA, 2kV	ICI70CGI-222
L1	共模扼流圈	470μH, 700mA 250μH, 100mA	RCM70CGI-471 ADF45CGI-251
L2, L3	電感器	470μH, 1800mA	PIS150H-471

 

產品系列

表 3 顯示了 TDK 的產品系列。如圖 3 電路圖所示，它由一個隔離耦合電感器、一個共模扼流圈和一個功率電感器組成。每個功率電感器參見表 2 中規(guī)定的功率等級。此外，APL 功率等級如表 3 所示。