工業乙太網演進的PHY解決方案

　　現代工業環境充斥著複雜的自動化和製造技術，網絡連接是使其基本運行的關鍵所在。工業網絡通常包括可編程邏輯控制器(PLC)、電機控制和驅動，以及傳感器網絡和人機接口(HMI)。乙太網技術將工業網絡中的所有這些節點連接起來，在網絡上傳遞精確控制和同步時鐘等信息。高速裝配線機器人是工廠應用乙太網的一個例子，通過實時協調節點移動，以確保成品被完好無損的進行包裝。

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　　與在辦公網絡之類的企業應用中部署乙太網不同，工業網路有更多物理與電子不良的環境——這就帶來了一系列特殊的挑戰。乙太網組件和IEEE® 802.3系列標準正在不斷發展，以滿足工廠車間的特殊需求。環境高溫、電壓浪湧、嚴格的延遲要求和不斷增長的網絡速度是工業級乙太網PHY(物理層設備或者收發器)必須要解決的一些關鍵挑戰。

　　Marvell公司產品營銷總監 Winnie Wu

在極端環境中工作

　　在工業環境中，溫度很難控制，這是因為通過乙太網連接的電機和機器人通常必須在非常高的溫度下焊接金屬，此外，工廠的建築結構也造成了難以提供良好的通風條件。為滿足工業環境的需求，PHY必須被設計成在很寬的溫度範圍內能夠發揮出其額定性能。例如，工業乙太網PHY應能夠在-40至85°C的溫度範圍內工作，可承受125°C的最大結溫，即使環境溫度持續數小時高溫也能保持性能不變。

　　除了在高溫下工作，PHY還應能承受高壓浪湧。機械設備有時會突然聚積電荷，損壞部件並導致工業系統出現故障。通過增強靜電放電(ESD)保護電路，PHY可以適當保護工業環境免受電荷波動的破壞。

　　在工業環境中實現高性能乙太網的另一個挑戰是，實時應用對延遲有非常嚴格的限制。在線性菊花鏈拓撲中，每個節點的延遲要非常小，才能保證整個網絡滿足快速請求和響應周期時間要求。為滿足工業網絡的實時要求，PHY應具備低延遲和確定性延遲特性。在菊花鏈下低延遲能實現更快的響應，而確定性延遲實現跨網絡單元的精確定時同步。與未經優化的方案相比，優化後的PHY能夠將延遲降低30%至40%，從而提高了效率和效能。

　　滿足不斷增長的網絡速度要求也是工業PHY的一個關鍵特性。雖然百兆的速度足以滿足當今大多數工廠應用的需求，但是要求能夠支持千兆電接口的需求越來越多。由於工業設備和網絡的安裝成本很高，因此建議PHY設備能夠支持高達千兆的網絡速度要求，以適應未來的解決方案。

工業解決方案的現狀和未來

　　工廠變得更加智能，更加網絡化，一些行業專家認為正在出現第四次工業革命。然而，隨著不斷出現的工業創新，很顯然在工廠中維持高性能互聯將變得愈發重要。連接延遲、中斷或故障有可能使生產減緩甚至停產，從而導致收入損失。不受惡劣工廠條件影響的硬體連接對於工業網絡的實現是非常有價值的。

　　Marvell的88E1512P、88E1510Q和88E1548P PHY系列產品專為滿足實時工業乙太網的嚴格要求而設計，可用於千兆獨立和交換系統的快速開發和部署。Marvell的PHY系列解決方案提供增強ESD保護、低延遲和確定性延遲特性，並具備在擴展溫度範圍內工作的能力，保證了工業網絡能夠長期保持性能穩定。Marvell的收發器符合1000BASE-T、100BASE-TX和10BASE-T標準，滿足了工廠當前和未來的網絡速度要求。該系列還支持採用了新一代MAC的節能乙太網(EEE，Energy Efficient Ethernet)。這系列PHY產品提供48管腳、56管腳QFN封裝或196管腳TFBGA封裝，以及各種主機接口選擇，例如RGMII、MII和SGMII。 Marvell還提供配合PHY產品系列的Prestera®和Link Street® 交換機晶片和ARMADA 嵌入式系統晶片。