定义和标准

在工业应用中工业以太网很容易与普通以太网混淆，有时被称为单对以太网 (SPE)。这种架构源于传统局域网应用中的标准，其中使用两对或四对双绞线以 100 Mbps（兆位/秒）或 1000 Mbps（兆位/秒）的速度传输数据。SPE 仅使用一对双绞线，用于 10 Mbps 至 10 Gbps 的通信速度，每根电缆都遵循专用标准（表 1）。

表 2 显示了符合 IEEE802.3cg 表 104-1 和 IEEE802.3bu 表 104-1a 的不同功率等级。规定最小功率为 10 级，电源接口处最大电流为 92mA，因此用电设备的最大平均功率为 1.23W。规定最大功率为 15 级，相应的电流为 1579mA，用电设备的最大平均可用功率为 52W。

系统架构

根据应用的功率需求和安全要求，可能有不同的架构。
第一种选项是仅将 10Base-T1L 用于控制与传感或动作元件之间的数据传输，因此只需要一个共模扼流圈 (CMC)（图 1）。

 

第二种选项包括需要共模扼流圈 (CMC) 和差模电感器 (DMI) 的功率传输。差模电感器可以根据所需的功率水平或传输的电流进行选择，这将为 DMI 带来多种选择。对于更大的电流，必须使用更大的电感器，在施加更小电流的传感或动作器件中，更低高度和更小尺寸的电感器可能是最佳选择（图 2）。

 

第三种选项适用于对安全至关重要且需要电流隔离的区域。对于这些环境，除了 CMC 和 DMI 外，还使用了隔离变压器或耦合电感器，以防止不必要的电流在两个器件之间流动（图 3）。

 

实际上，上述所有选项都需要，图 4 显示了一个从顶部开始的实施示例，系统安装在控制室中。通常不需要隔离，但会使用共模扼流圈，也可能会使用差模电感器。由于会连接到主干服务，有时还会连接到云，因此使用了多种速度级别（高达 1 Gbps）和技术（例如 10Base-T1S、100Base-T1、100Base-TX、1000Base-T）。
下一个级别是连接不同场开关的近场。对于这种应用，将使用长度为几百米至 1000 米的电缆，必须进行隔离，需要共模滤波器以及用于大功率电源的 DMI。在最后一段，实现了从场开关到传感器和执行器的连接。要求与上一个级别相似，但负载中使用的 DMI 尺寸可能更小，因为每个器件的功耗通常在 300 mA 范围内。

 

电路图

· 附加组件

有几个组件对减少可能的静电放电脉冲的影响非常有用。双向 TVS 二极管具有低容量的优势，因此可以用于高速应用。此外，它们速度很快，增加了对高压事件的响应时间。
电容器用于防止电流流经隔离耦合电感器的一个线圈，从而减少不必要的功率损耗。此外，还增加了额外的隔离，以确保能够用在安全相关的环境中。

· 功率等级 10-14 的设置

为功率等级 10 至 14 定义的电流将高达约 600 mA，对于这些情况，将应用所谓的 PHY 侧注入，这意味着电流注入，因此 DMI 将被置于 PHY 和 CMC 之间，所以 CMC 必须承受电流。

电路

BOM

编号	产品类型	值	TDK 部件编号
C1, C2	电容器	100nF, 100V	CGA4J2X7R2A104K125AA
D2, D3	TVS 二极管	5VDC, 15kV. 0.65pF	B74121U0033M060
I1	隔离耦合电感器	2.2mH, 500mA, 2kV	ICI70CGI-222
L1	共模扼流圈	470μH, 700mA 250μH, 100mA	RCM70CGI-471 ADF45CGI-251
L2	电感器	250μH, 220mA	PID75-251M

 

· 功率等级 15 的设置

为功率等级 15 定义的电流比任何其他等级都高，大约为 1500 mA。对于这种情况，如果使用线路侧注入，这意味着功率注入，DMI 将被置于 CMC 和连接器之间。在这种情况下，CMC 可以设计得小得多，因为它不需要仅通过信号传输的功率即可正常工作。

电路

BOM

编号	产品类型	值	TDK 部件编号
C1, C2	电容器	100nF, 100V	CGA4J2X7R2A104K125AA
D2, D3	TVS 二极管	5VDC, 15kV. 0.65pF	B74121U0033M060
I1	隔离耦合电感器	2.2mH, 500mA, 2kV	ICI70CGI-222
L1	共模扼流圈	470μH, 700mA 250μH, 100mA	RCM70CGI-471 ADF45CGI-251
L2, L3	电感器	470μH, 1800mA	PIS150H-471

 

产品系列

表 3 显示了 TDK 的产品系列。如图 3 电路图所示，它由一个隔离耦合电感器、一个共模扼流圈和一个功率电感器组成。每个功率电感器参见表 2 中规定的功率等级。此外，APL 功率等级如表 3 所示。