以太網簡史

1972年，施樂帕洛阿爾托研究中心(PARC)首次開發(fā)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(xiàn)形式（星型、環(huán)型、總線型等），并使用互聯(lián)網協(xié)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(yè)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(yè)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。

什么是“工業(yè)以太網”？

它與“普通”以太網有何不同？

“工業(yè)”以太網一詞僅表示網絡運行的位置，即工業(yè)環(huán)境。在物理層，家庭/辦公室以太網和“工業(yè)”以太網的運行方式沒有區(qū)別，它們使用相同的介質（電纜）和信號電壓電平，并在網絡節(jié)點傳輸或接收數據的時間和速度方面遵守相同的規(guī)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(xiàn)在更高的OSI層（網絡層），這超出了以太網規(guī)范的范圍。工業(yè)以太網使用不同的網絡層協(xié)議，例如Profinet和以太網/IP，它們比互聯(lián)網協(xié)議能夠更好地滿足工業(yè)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(guī)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(wěn)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(guī)范。除了連接器不同之外，基于工業(yè)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(yè)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(guī)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(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(xiàn)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(xiàn)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(yè)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(guī)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(yè)環(huán)境中仍提供高級別保護。

結論

工業(yè)以太網在電氣方面與標準以太網相同，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。