北京2018年11月30日電 /美通社/ -- 近日德(de)州儀器 Matt Chevrier發布了一篇(pian)標題(ti)為(wei)《利用以(yi)(yi)太網為(wei)工業市場供(gong)電》的博文(wen)。以(yi)(yi)下是文(wen)章全文(wen)：

為工業(ye)(ye)以太網器件供(gong)電需要(yao)解決工業(ye)(ye)以太網和(he)工業(ye)(ye)應用(yong)的幾個特定問(wen)題。

標準(zhun)以太網(wang)與工業以太網(wang)之間較大的(de)區(qu)別在于拓(tuo)撲結(jie)構，如(ru)圖1所示。標準(zhun)以太網(wang)為星形(xing)拓(tuo)撲，而工業以太網(wang)則(ze)包含(han)線形(xing)、樹形(xing)和環形(xing)等多種(zhong)不同的(de)拓(tuo)撲結(jie)構。

圖(tu) 1：兩種類型的以太網(wang)拓撲(pu)結(jie)構（左為標(biao)準以太網(wang)拓撲(pu)結(jie)構；右為工業以太網(wang)拓撲(pu)結(jie)構）

除拓撲(pu)結構以(yi)(yi)外，工廠自動化設備的(de)工作(zuo)電(dian)(dian)壓為24伏，而電(dian)(dian)信設備的(de)供電(dian)(dian)電(dian)(dian)壓為48伏。雖然這兩種(zhong)不同的(de)版本(ben)已存在很(hen)長時間，但首個工業以(yi)(yi)太網供電(dian)(dian)解(jie)決(jue)方案最近才新鮮出爐，那就是(shi)：EtherCAT P。本(ben)篇博文將(jiang)在討論1000BASE-T和/或環形拓撲(pu)或單雙絞線的(de)替代產品之前，先介紹一下何(he)為EtherCAT P。

介紹EtherCAT P：用于電源和EtherCAT的一根電纜

隨著全(quan)球范圍內越來越多的(de)(de)工廠(chang)采用以(yi)太網進(jin)行連(lian)接(jie)(jie)，人們也就愈(yu)發(fa)需要優化(hua)過程邊緣的(de)(de)配電(dian)。一個自(zi)然而然的(de)(de)選擇(ze)方(fang)案便(bian)是重新使用以(yi)太網供電(dian)(PoE)技(ji)術(shu)(shu)為以(yi)太網連(lian)接(jie)(jie)設備供電(dian)。PoE技(ji)術(shu)(shu)的(de)(de)優勢(shi)在于(yu)它使用相(xiang)同(tong)的(de)(de)電(dian)線進(jin)行電(dian)力和(he)數(shu)據(ju)傳(chuan)輸，從而節省了安裝和(he)總接(jie)(jie)線成(cheng)本，如圖2中工廠(chang)自(zi)動化(hua)系統(tong)示(shi)例所示(shi)。為此，PoE電(dian)源(yuan)(yuan)通過將48伏連(lian)接(jie)(jie)到(dao)一對以(yi)太網變(bian)壓器的(de)(de)中心抽(chou)頭以(yi)及與另一對相(xiang)類似的(de)(de)返回(hui)路徑的(de)(de)方(fang)式，耦合到(dao)數(shu)據(ju)線中。然后，電(dian)源(yuan)(yuan)會在具有類似拓撲結構的(de)(de)設備上去解(jie)耦。

圖(tu) 2：利用EtherCAT P可(ke)以減少電纜(lan)數(shu)量，同時將高端感測技術引入可(ke)移動機器人(ren)頭部

但是(shi)對于采(cai)用線形拓撲結(jie)構(gou)的(de)工業以(yi)太網來說，以(yi)太網通信(xin)的(de)25MHz工作(zuo)頻率可(ke)用于電源輸出(chu)，因此可(ke)以(yi)在發射端(duan)耦合輸出(chu)。在這種情況下，發射器將會受到來自接收器通道通信(xin)標準的(de)噪(zao)聲的(de)干擾。

為此，EtherCAT P（對EtherCAT的擴展）采用了一個簡(jian)單的電(dian)感(gan)電(dian)容(LC)濾波(bo)器，以確保在(zai)進入電(dian)源樹之前能(neng)夠阻(zu)止100BASE-T發出的25MHz信(xin)號。

PoE與EtherCAT P之間的另一不同之處在于，PoE只提供一個48V電源電壓，而EtherCAT P提供兩個獨立而又彼此分離的24V電壓軌，如表1所示。就功率而言，PoE可以提供71瓦的功率（對于803.2bt Type 4來說），而EtherCAT P每個電壓(ya)軌可提供24V x 3A≥72W的功率。

這(zhe)兩(liang)種(zhong)技術之間的(de)重大(da)區別(bie)在(zai)于，使用(yong)PoE時(shi)，你需要(yao)兩(liang)個半導體(ti)在(zai)供電設(she)備(bei)(bei)(bei)(PSE)和受電設(she)備(bei)(bei)(bei)(PD)之間進行識別(bie)。PD內(nei)的(de)芯片還需要(yao)負責(ze)設(she)置(zhi)較大(da)功(gong)率限制。這(zhe)就帶來了兩(liang)大(da)優勢：全功(gong)率僅在(zai)建(jian)立有效連接時(shi)才可用(yong)，并且支持(chi)PoE的(de)設(she)備(bei)(bei)(bei)可以連接至非PoE設(she)備(bei)(bei)(bei)，而(er)不會對其造成損壞。

采用EtherCAT P時(shi)，你只需(xu)(xu)標準的無源(yuan)組(zu)件(jian)即可將功率耦合，而無需(xu)(xu)使用額外的半導體(ti)。這就意(yi)味著數據線上(shang)始終存在(zai)(zai)24伏電(dian)源(yuan)。但較(jiao)大功率必須限制在(zai)(zai)PSE內部。

表1：兩種以太網技術的主要參數

EtherCAT P單根電纜供電和EtherCAT參考設計展示(shi)了EtherCAT P PSE在電(dian)(dian)(dian)源輸入(ru)耦(ou)合-輸出耦(ou)合電(dian)(dian)(dian)路(lu)中(zhong)的實現(xian)方式。該參(can)考設計符合官(guan)方“EtherCAT和EtherCAT P從站(zhan)實施指南(nan)”中(zhong)提出的所有要求，其中(zhong)包括反向極性保護、流入(ru)電(dian)(dian)(dian)流限制(zhi)、連續電(dian)(dian)(dian)流限制(zhi)等功(gong)能，所有要求均基于(yu)TI的半導體。

對于EtherCAT通信，該參考設計可以通過以太網電路連接至支持EtherCAT的通信平臺，如AMIC110工業(ye)通信引(yin)擎(ICE)。為展示電(dian)力傳輸功能，你可(ke)以(yi)使用一(yi)根EtherCAT P電(dian)纜連(lian)接兩塊設(she)計(ji)板(ban)。還(huan)可(ke)以(yi)將(jiang)(jiang)EtherCAT主站(zhan)連(lian)接至第一(yi)個參(can)考設(she)計(ji)，將(jiang)(jiang)EtherCAT從站(zhan)連(lian)接至第二(er)個參(can)考設(she)計(ji)，以(yi)獲(huo)得完整的EtherCAT P演(yan)示系統。為便于評估，還(huan)可(ke)以(yi)將(jiang)(jiang)可(ke)選的5V/12V降(jiang)壓(ya)模塊安裝到電(dian)路板(ban)上。