【導讀】如今，“工業以太網”一詞使用非常頻繁，以至于人們很容易混淆，并開始認為它一定與消費和計算設備中使用的以太網有所不同。本博文旨在回顧這種網絡技術的演變，并解釋消費以太網和工業以太網的區別。本文還介紹Nexperia的一系列器件，這些器件可用于保護以太網網絡免受靜電放電(ESD)的破壞性影響，無論它們是部署在日常消費應用還是工業應用中。
如今，“工業以太網”一詞使用非常頻繁，以至于人們很容易混淆，并開始認為它一定與消費和計算設備中使用的以太網有所不同。本博文旨在回顧這種網絡技術的演變，并解釋消費以太網和工業以太網的區別。本文還介紹Nexperia的一系列器件，這些器件可用于保護以太網網絡免受靜電放電(ESD)的破壞性影響，無論它們是部署在日常消費應用還是工業應用中。
以太網簡史
1972年，施樂帕洛阿爾托研究中心(PARC)首次開發出以太網。自此，以太網的靈活性使其成為備受歡迎的計算機網絡接口。它有多種邏輯拓撲實現形式（星型、環型、總線型等），并使用互聯網協議(IP)傳輸數據。以太網最初設計為通過同軸電纜以高達10 MB/秒(Mbps)的速度傳輸數據，經過數十年的標準化，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)。以太網支持從非屏蔽雙絞線(UTP)銅纜到光纖電纜等各種類型的介質。雖然最初旨在用于學術和商業場所的計算機網絡，但其靈活性使其迅速適應了家庭和工業網絡。表1顯示了以太網標準的一些主要（非光纖）版本及其目標市場。
表1：主要以太網標準匯總
什么是“工業以太網”？
它與“普通”以太網有何不同？
“工業”以太網一詞僅表示網絡運行的位置，即工業環境。在物理層，家庭/辦公室以太網和“工業”以太網的運行方式沒有區別，它們使用相同的介質（電纜）和信號電壓電平，并在網絡節點傳輸或接收數據的時間和速度方面遵守相同的規則。這意味著在物理層，它們具有電氣兼容性。兩者之間的差異體現在更高的OSI層（網絡層），這超出了以太網規范的范圍。工業以太網使用不同的網絡層協議，例如Profinet和以太網/IP，它們比互聯網協議能夠更好地滿足工業操作的實時要求。其他差異在于將電纜連接到接口的連接器類型。以太網標準規定使用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環境中，這些連接器有時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規范。除了連接器不同之外，基于工業以太網的設備通常使用可安裝在35 mm DIN導軌上的器件，并可采用工業應用中常用的24 V直流電源運行。
保護以太網電路
最簡單的以太網接口電路如圖1所示。PHY（物理層的縮寫）是管理以太網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，同時仍能發出信號。它們還提供一些針對瞬態浪涌和ESD事件的保護。共模扼流圈用于減少電纜中雙絞線之間的電磁干擾(EMI)，這對于非屏蔽雙絞線尤其重要。
對于如何實現變壓器和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
感性器件的實現方式決定了ESD保護器件的布局和產品選擇。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。最常見的情況是它保持懸空或通過電容接地。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保護的角度來看，這是首選位置。無論哪種情況，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：磁性器件的實施會影響ESD器件的放置
Nexperia為所有以太網實施提供ESD保護
為了給設計人員提供最大的靈活性，Nexperia為以太網接口中磁性器件的每種實施提供了廣泛的ESD保護器件（表2）。
表2：選擇Nexperia的ESD保護器件來保護工業以太網
這些器件的主要特性包括多種封裝選項（無引腳和有引腳），并且它們的電容值適合其設計時所遵守的以太網規范要求的運行速度。數據速率越高，電容越低，同時在惡劣的工業環境中仍提供高級別保護。
結論
工業以太網在電氣方面與標準以太網相同，但工業環境更加惡劣，發生電壓浪涌和ESD事件的可能性更大。
(來源：Nexperia，作者：Andreas Hardock）
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