Mạng công nghiệp có thể điều khiển thiết bị xưởng sản xuất, truyền dữ liệu và hình ảnh đến màn hình từ xa, và đạt được giao tiếp liền mạch và truyền dữ liệu cả cục bộ và từ xa.Qua nhiều năm, the Ethernet technology used in this network has evolved from 10BASE-T systems capable of transmitting 10 Mbps to wired Ethernet and wireless 5G transmission networks capable of supporting up to 400 GbpsSự tiến bộ này dựa trên các thành phần mạng kết nối các thiết bị với mạng cục bộ (LAN) thông qua cáp Ethernet để cải thiện truyền tín hiệu và quản lý luồng dữ liệu.
Các nhà thiết kế có thể chọn các thiết bị mạng công nghiệp riêng lẻ hoặc kết hợp các thành phần tốt nhất thành các sản phẩm dễ triển khai.Hiểu được các lựa chọn khác nhau là bước đầu tiên trong việc thực hiện một mạng công nghiệp hướng tới tương lai.
Các thành phần để đạt được kết nối công nghiệp
Trong mạng công nghiệp, mỗi thiết bị chứa một lớp vật lý (PHY), đó là một chip Ethernet được nhúng trong bảng mạch in (PCB).
Dữ liệu rời khỏi thiết bị thường được truyền qua phương tiện vật lý, chẳng hạn như cáp Ethernet.Hầu hết các thiết bị mới hỗ trợ ít nhất 1000BASE-T Ethernet, có nghĩa là các thiết bị có thể truyền hoặc nhận dữ liệu với tốc độ lên đến 1000 Mbps (hoặc 1 Gb / s) thông qua các đường truyền dữ liệu bao gồm nhiều cáp đôi xoắn.
ICM được đặt giữa PHY và phương tiện truyền tải, cho phép giao tiếp hiệu quả giữa hai phương tiện.như jack Ethernet RJ45 tiêu chuẩn để chèn cápICM cũng phải phù hợp với trở kháng của PHY và cáp và cung cấp cách ly điện để bảo vệ kết nối khỏi sóng, vòng nối đất và tiếng ồn tín hiệu,cuối cùng đảm bảo tính tương thích điện từ (EMC) trong hệ thống.
IMC được tích hợp trong 1:1 transformer will also be used to isolate the direct current (DC) bias used to operate the PHY from the DC bias used to transmit data or power to connected devices via Power over Ethernet (PoE) technology.
ICM quản lý PoE bằng cách đảm bảo thiên vị DC giữa hai cáp đôi xoắn được sử dụng để truyền dữ liệu hoặc giữa hai cáp đôi xoắn không sử dụng trong cáp Ethernet.PoE có thể đơn giản hóa đáng kể hệ thống dây của các ứng dụng xưởng sản xuất, nhưng sự lựa chọn cẩn thận của cáp, ICM và các thành phần mạng khác phải được thực hiện để đảm bảo EMI tối thiểu.
Chơi vai trò của PoE
Để thực hiện PoE trong môi trường công nghiệp, các kỹ sư cần sử dụng bộ biến áp LAN như bộ biến áp LAN PulseChip của Pulse Electronics (Hình 1).Những thiết bị này có thể truyền dữ liệu với tốc độ băng thông cơ bản 1 Gbps, 2,5 Gbps, 5 Gbps, hoặc 10 Gbps, cũng như 0 đến 90 W điện DC, thông qua bốn cặp cáp đôi xoắn.
Các bộ biến áp LAN dòng PulseChip TCxG từ Pulse Electronics
Hình 1: Các bộ biến áp LAN dòng PulseChip TCxG được ghép nối với các nút thắt từ có thể làm giảm tiếng ồn tín hiệu và cung cấp PoE DC từ 0 W đến 90 W và tốc độ dữ liệu lên đến 10 Gbps.
Máy biến đổi lõi sắt với thiết bị gắn bề mặt (SMD) có khả năng cách điện 1500 VRMS để giảm tiếng ồn và EMI.Dòng TCxG đáp ứng hoặc vượt quá các yêu cầu về điện cho thiết bị truyền thông Ethernet và Wi-Fi trong Viện Kỹ sư Điện và Điện tử (IEEE) 802.3 đặc điểm kỹ thuật, đặc biệt là các yêu cầu truyền Ethernet 1G, 2.5G, 5G và 10GBASE-T, cũng như các yêu cầu ứng dụng PoE lớp 4 6/8 IEEE 802.3bt.
Bộ biến áp mạng dòng TCxG áp dụng lõi từ tính thông số kỹ thuật 1812 (4732) và thiết kế của nó tương thích với bố cục PCB sáu tấm tiêu chuẩn.Dòng TCxG00P đạt được khả năng quản lý PoE 60 W trong vòng 4.70 ± 0,25 mm x 3,20 mm gói. Bộ biến áp dòng TCxG001P có thể truyền 90 W điện và được thiết kế trong một gói 4,60 ± 0,25 mm x 3,40 mm đặc biệt cho bố trí lõi từ nhỏ.Các kỹ sư điện tử Pulse khuyến cáo để lại không gian bổ sung ở phía cáp của bộ biến áp để giảm nhiệt độ tăng ở công suất caoNhiệt độ hoạt động của bộ biến áp này là -40 ° C đến + 85 ° C, bao gồm cả sự gia tăng nhiệt độ do tự sưởi ấm các thành phần.
Cả hai thiết kế đều có tổn thất chèn dưới -1 dB ở tần số lên đến 200 MHz.Các bộ biến áp dòng TCxG được thiết kế đặc biệt để sử dụng với các máy hút từ SMTCác cuộn dây nghẹt này giúp lọc tiếng ồn điện tử trong tín hiệu và được sử dụng kết hợp với các bộ biến đổi LAN ở tốc độ dữ liệu để đảm bảo khớp điện trở.Những choke này phù hợp với lõi từ nhỏ hơn 0805 (2012) (2.00 mm x 1.2 mm) và có thể được đặt linh hoạt trong thiết kế PCB do không có hạn chế cực.
Bộ biến áp TCxG và choke ghép nối của nó áp dụng thiết kế mô-đun linh hoạt, kết hợp với hỗ trợ chức năng cung cấp điện PoE,làm cho nó trở thành sự lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng như giao diện người máy (HMI), chuyển mạch LAN Ethernet công nghiệp, bộ định tuyến và máy chủ, cũng như điểm truy cập không dây 5G và Wi-Fi (WAP).
Kết hợp kết nối với ICM
Mặc dù chỉ định các bộ biến đổi LAN và các nút thắt từ tính riêng biệt có tính linh hoạt, nhưng nhiều ứng dụng đòi hỏi các giải pháp tích hợp.ICM tích hợp các bộ biến đổi LAN với các ổ cắm từ tính và ổ cắm RJ45 cho các cắm cáp Ethernet, trong khi duy trì khả năng tương thích với các chip PHY thường được sử dụng.
Trong Pulse Electronics' Pulsejack JXT7 series Ethernet ICM (Hình 2), các thành phần này làm việc cùng nhau để đạt tốc độ dữ liệu lên đến 10 Gbps theo quy định của IEEE 802.3an, hoặc hoạt động đa tốc độ 2.5 Gbps và 5 Gbps theo quy định của IEEE 802.3bz. Dòng này cũng có thể cung cấp điện DC lên đến 140 W theo quy định của IEEE 802.3bt thông qua các cáp đôi xoắn không được bảo vệ (UTP) dài 100 feet (như cáp Cat5e hoặc Cat6).
Pulsejack JXT7 series ICM từ Pulse Electronics
Hình 2: Pulsejack JXT7 series ICM kết hợp các bộ biến đổi LAN, nút ngắt từ và ổ cắm RJ45, hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu từ 1 Gbps đến 10 Gbps và lên đến 140 W DC PoE.Nó được đóng gói trong một gói SMD mạnh mẽ và bền, làm cho nó trở thành sự lựa chọn lý tưởng cho WAP.
Kích thước tổng thể của JXT7 ICM là 34,29 mm chiều sâu, 16,51 mm chiều rộng và 13,33 mm chiều cao..3 A. Dòng này có thiết kế chắn điện từ toàn diện, bao gồm các tấm mùa xuân EMI trên và dưới cùng, cũng như các tấm nối đất bổ sung.thích hợp cho các ứng dụng công nghiệp và ngoài trời trong phạm vi nhiệt độ từ -40 ° C đến + 85 ° C.
Đưa xây dựng mạng lên một cấp độ mới
ICM là một thành phần quan trọng để kết nối các thiết bị cá nhân với mạng Ethernet công nghiệp nhưng xây dựng mạng này đòi hỏi chuyển mạch, bộ định tuyến,và ăng-ten có thể phù hợp với tốc độ truyền dữ liệu của các thiết bịĐể duy trì việc sử dụng không gian xưởng sản xuất đạt được bằng công nghệ ICM và PoE nhỏ gọn, các thiết bị mạng này cần phải thích nghi với bố cục PCB hiện có.
Một trong những phương pháp để đạt được tỷ lệ sử dụng này là sử dụng Ball Grid Array (BGA), có thể đạt được bao bì mật độ cao của các thành phần mạng trong các thiết bị SMD.Mô-đun LAN SMD BGA Ethernet 1 GB của Pulse Electronics (Hình 3) hỗ trợ kết nối Ethernet từ 10BASE-T đến 1000BASE-T, trong khi cung cấp tối đa 70 W PoE DC ở mật độ dưới 140 mm 2 mỗi cổng.
Pulse Electronics' 1Gb SMD BGA Ethernet LAN Module
Hình 3: Pulse Electronics '1-GB SMD BGA Ethernet LAN module là một công tắc mạng nâng cấp hỗ trợ PoE tiên tiến đồng thời hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu lên đến 1 Gbps. (nguồn hình:Điện tử xung)
Các đơn vị này có thể được lắp đặt ở các vị trí hỗ trợ các thành phần cũ hơn với tốc độ dữ liệu thấp hơn hoặc năng lượng thấp hơn và có thể được lắp đặt trong không gian phía sau một đầu nối 2xN với hai hàng cổng,mỗi hàng chứa từ một đến tám cổngNhiệt độ hoạt động định danh của các mô-đun được thiết kế cho môi trường công nghiệp là -40 ° C đến + 80 ° C.
Các mô-đun mật độ cao này cũng hỗ trợ việc bổ sung ăng-ten 5G cho truyền thông video không dây.Các giải pháp ăng-ten ứng dụng 5G như ăng-ten của Pulse Electronics (Hình 4) có thể được lắp đặt bên trong các thiết bị trên PCB hoặc bảng mạch linh hoạt (FPC), hoặc bên ngoài thông qua phần cứng hoặc nam châm. Việc lựa chọn ăng ten phụ thuộc vào tốc độ truyền dữ liệu và băng thông cần thiết, khoảng cách đến máy thu,và các trở ngại hoặc các yếu tố can thiệp trong quá trình truyền dữ liệu.
Các ăng-ten này hỗ trợ truyền 5G trong dải tần số trung bình đến thấp giữa 617 MHz và 7125 MHz.dữ liệu có thể được truyền từ cảm biến đến các thiết bị thông minh với tốc độ dữ liệu cao và độ trễ thấp.