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類型分類：: 科普知識

數(shù)據(jù)分類：: 汽車連接器

工業(yè)通信的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

發(fā)布日期：2022-04-18 點擊率：104

    工業(yè)通信包括數(shù)據(jù)監(jiān)視和處理、診斷和監(jiān)測以及可視化，還包括在組環(huán)電流和共模噪聲條件下維護數(shù)據(jù)完整性的各個方面，其中光耦常用來解決組環(huán)電流和共模噪聲這兩大問題。工業(yè)通信要求隨著時間的推移也在不斷變化，用戶可以根據(jù)速度、切換規(guī)范或安全等要求選擇各種技術(shù)和通信總線。歐洲市場上現(xiàn)場總線系統(tǒng)在全部網(wǎng)絡(luò)層次的銷售將從2001年的1.702億美元上升到2008年的4.2億美元。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)層次分為：

. 企業(yè)級(以太網(wǎng)PC、服務(wù)器、網(wǎng)關(guān))

. 控制級(高性能以太網(wǎng)(HSE)、以太網(wǎng)、ProfiNet)

. 設(shè)備級(Profibus DP、DeviceNet)

. 傳感器級(CANbus、Remote I/O)

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)層次

       目前智能傳感器被越來越多地應(yīng)用于工業(yè)系統(tǒng)中，使得設(shè)備級的通信逐步走向更復(fù)雜的信息交換。由于小型化程度的完善，現(xiàn)在的傳感器已經(jīng)是一個具有存儲器和網(wǎng)絡(luò)功能的小型PC，通過比如自身校正等功能可提供復(fù)雜的反饋和更精確的信息，從而有效補
償與非線性、偏移或溫度相關(guān)的錯誤。這些優(yōu)點和新的靈活性使這些智能傳感器取得了很大的成功，并提升了工業(yè)通信的總體性能。利用可編程邏輯控制器(PLC)還能進一步增加工業(yè)通信系統(tǒng)的智能。PLC可用來控制和處理較低網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層(OSI)、特別是傳感器和設(shè)備級的信息流。

       現(xiàn)場總線是另一個受益于智能傳感器的快速增長領(lǐng)域?，F(xiàn)場總線通常用來連接這些單個的可編程邏輯控制器。其中目前最常用的現(xiàn)場總線是主要用于區(qū)域通信的Profibus、DeviceNet、Interbus、CAN總線。Profibus是以西門子為首的各大公司聯(lián)盟于1989年創(chuàng)建的，在歐洲處于市場領(lǐng)導(dǎo)地位，而得到Allen-Bradley(Rockwell)支持的DeviceNet則在美國獨領(lǐng)風騷。

       為了獲得信號完整性，從低速RS232或CAN總線到高速RS485接口等各種接口卡都會用到光耦器件。為了優(yōu)化占用空間，通常優(yōu)選多通道封裝。雙向通信通道非常有助于縮小電路板空間。

       對隔離器的要求通常是“速度”或 “MBd”。對設(shè)計師來說更有價值的是與開關(guān)有關(guān)的規(guī)范要求，如傳播延遲和脈寬失真。DeviceNet規(guī)定了相對較低的數(shù)據(jù)速率，如125kBaud、 250kBaud和500kBaud，但要求小于40ns的傳播延遲。CANbus規(guī)定了125kBit/s低速和1Mbit/s高速數(shù)據(jù)速率，但對傳播延時沒有嚴格的要求。Profibus發(fā)送數(shù)據(jù)在12MBd范圍內(nèi)，并規(guī)定了隔離器、收發(fā)器和連接本身的PWD總延時。為了滿足總體要求，隔離器延時一般需要小于8ns，最好是6ns以下以便為更長距離留出更安全的余量。容性和磁性隔離器等新興技術(shù)可以提供高達100MBd的速度，但對通信速度的限制來自脈寬失真(PWD)。市場上現(xiàn)有的隔離器 (如光/磁或容性耦合器)已經(jīng)可以提供低至2ns的PWD，該延時規(guī)定了異步數(shù)據(jù)通信的最大速度，在沒有外部元件的情況下能達到50MBd，這也是目前光耦器件能達到的水平。

       新的收發(fā)器正在向更低供電電壓發(fā)展，特別是在噪聲問題不是太大的控制領(lǐng)域。3V范圍內(nèi)的供電電壓已經(jīng)成為目前的標準。3V隔離器的實現(xiàn)能使設(shè)計師簡化電壓種類，并節(jié)省成本。

       針對通信應(yīng)用優(yōu)化過的新一代光耦由于供電電壓和整個電路板空間占用的靈活性而深受歡迎。安華高科技是全球唯一一家可以提供多通道和雙向光耦以及能同時在3V和5V電壓下工作的數(shù)字光耦的廠商。這一技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)地位建立在稱為后向散射的LED技術(shù)突破的基礎(chǔ)之上。這些LED可以直接放置在各個輸出 IC的隔離材料上，從而有效縮小LED隔離光電二極管的物理尺寸，使每個封裝最多可容納4個通道。根據(jù)所選封裝不同，這一技術(shù)能幫助用戶節(jié)省75%以上的電路板面積。另外，低至2ns的光耦脈寬失真(PWD)指標仍是業(yè)界最好的。

LED技術(shù)的突破

        未來基于以太網(wǎng)的通信將變得越來越重要。目前西門子公司正在歐洲力推ProfiNet，而EtherCat是Bechhoff公司支持的另外一個開放標準，兩者都支持高達100Mbit/s的數(shù)據(jù)速率。目前的隔離是靠源自計算機以太網(wǎng)的變壓器技術(shù)實現(xiàn)的，還沒有用到光耦，主要是受新的速度要求限制。未來有可能使用新一代高速光耦和光纖解決方案。安華高科技剛剛發(fā)布了一款基于650nm LED技術(shù)的收發(fā)器，可使用1mm的聚合物光纖(POF)和200um的塑料包層光纖(PCF)。

       工業(yè)以太網(wǎng)和已建立的現(xiàn)場總線至少還將共存10到15年，因此光耦將繼續(xù)提供隔離功能，保證信號完整性，并在以后的工業(yè)通信領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用。

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