以太網(wǎng)簡(jiǎn)史

1972年，施樂(lè )帕洛阿爾托研究中心(PARC)首次開(kāi)發(fā)出以太網(wǎng)。自此，以太網(wǎng)的靈活性使其成為備受歡迎的計算機網(wǎng)絡(luò )接口。它有多種邏輯拓撲實(shí)現形式（星型、環(huán)型、總線(xiàn)型等），并使用互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)傳輸數據。以太網(wǎng)最初設計為通過(guò)同軸電纜以高達10 MB/秒(Mbps)的速度傳輸數據，經(jīng)過(guò)數十年的標準化，不斷演變并提高運行速度，從100 Mbps、1 Gbps直到最近的千兆級(MG)。以太網(wǎng)支持從非屏蔽雙絞線(xiàn)(UTP)銅纜到光纖電纜等各種類(lèi)型的介質(zhì)。雖然最初旨在用于學(xué)術(shù)和商業(yè)場(chǎng)所的計算機網(wǎng)絡(luò )，但其靈活性使其迅速適應了家庭和工業(yè)網(wǎng)絡(luò )。表1顯示了以太網(wǎng)標準的一些主要（非光纖）版本及其目標市場(chǎng)。

什么是“工業(yè)以太網(wǎng)”？

它與“普通”以太網(wǎng)有何不同？

“工業(yè)”以太網(wǎng)一詞僅表示網(wǎng)絡(luò )運行的位置，即工業(yè)環(huán)境。在物理層，家庭/辦公室以太網(wǎng)和“工業(yè)”以太網(wǎng)的運行方式?jīng)]有區別，它們使用相同的介質(zhì)（電纜）和信號電壓電平，并在網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)傳輸或接收數據的時(shí)間和速度方面遵守相同的規則。這意味著(zhù)在物理層，它們具有電氣兼容性。兩者之間的差異體現在更高的OSI層（網(wǎng)絡(luò )層），這超出了以太網(wǎng)規范的范圍。工業(yè)以太網(wǎng)使用不同的網(wǎng)絡(luò )層協(xié)議，例如Profinet和以太網(wǎng)/IP，它們比互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議能夠更好地滿(mǎn)足工業(yè)操作的實(shí)時(shí)要求。其他差異在于將電纜連接到接口的連接器類(lèi)型。以太網(wǎng)標準規定使用RJ45連接器，但在存在高電壓/電流和大量重型設備的惡劣工業(yè)環(huán)境中，這些連接器有時(shí)可能容易因灰塵和濕氣而損壞。一些制造商設計了具有更高穩健性（更好的機械和電氣屏蔽）的連接器，以便適應這些條件，但這不屬于任何以太網(wǎng)規范。除了連接器不同之外，基于工業(yè)以太網(wǎng)的設備通常使用可安裝在35 mm DIN導軌上的器件，并可采用工業(yè)應用中常用的24 V直流電源運行。

保護以太網(wǎng)電路

最簡(jiǎn)單的以太網(wǎng)接口電路如圖1所示。PHY（物理層的縮寫(xiě)）是管理以太網(wǎng)傳輸和接收數據的規則的集成電路。盡管電纜兩端的電壓電位存在差異，但隔離變壓器可提供電氣隔離，同時(shí)仍能發(fā)出信號。它們還提供一些針對瞬態(tài)浪涌和ESD事件的保護。共模扼流圈用于減少電纜中雙絞線(xiàn)之間的電磁干擾(EMI)，這對于非屏蔽雙絞線(xiàn)尤其重要。

對于如何實(shí)現變壓器和CMC電路，有多種不同的選擇：

? 集成磁性模塊，包括變壓器和CMC

? 集成連接器，包括RJ45連接器、變壓器和CMC

感性器件的實(shí)現方式?jīng)Q定了ESD保護器件的布局和產(chǎn)品選擇。如果隔離變壓器PHY側的中心抽頭接地，則需要使用雙向器件。最常見(jiàn)的情況是它保持懸空或通過(guò)電容接地。那么，單向和雙向器件都可以使用。如圖1所示，放置ESD保護器件有兩種選擇。首先，它可以放置在PHY和感性器件之間，這也適用于所有形式的集成感性器件。如果CMC和隔離變壓器是獨立的器件，則可以將ESD保護器件放置在CMC和隔離變壓器之間，從ESD保護的角度來(lái)看，這是首選位置。無(wú)論哪種情況，此處所示的ESD保護器件需要放置在隔離變壓器的PHY側。

圖1：磁性器件的實(shí)施會(huì )影響ESD器件的放置

Nexperia為所有以太網(wǎng)實(shí)施提供ESD保護

為了給設計人員提供最大的靈活性，Nexperia為以太網(wǎng)接口中磁性器件的每種實(shí)施提供了廣泛的ESD保護器件（表2）。

表2：選擇Nexperia的ESD保護器件來(lái)保護工業(yè)以太網(wǎng)

這些器件的主要特性包括多種封裝選項（無(wú)引腳和有引腳），并且它們的電容值適合其設計時(shí)所遵守的以太網(wǎng)規范要求的運行速度。數據速率越高，電容越低，同時(shí)在惡劣的工業(yè)環(huán)境中仍提供高級別保護。

結論

工業(yè)以太網(wǎng)在電氣方面與標準以太網(wǎng)相同，但工業(yè)環(huán)境更加惡劣，發(fā)生電壓浪涌和ESD事件的可能性更大。