單對乙太網路應用設計的必備元件

全球工業物聯網 (IIoT) 市場預計將以雙位數的年成長率在 2029 年達到 596 億美元規模，與此同時，製造商和解決方案供應商為了追求更高程度的自動化、即時監測與資料收集，將尋求方法讓更多的機器與感測器連接到網際網路。單對乙太網 (SPE) 技術能為產品設計人員帶來新的機會，跟上應用的需求，如感測器、致動器、相機、顯示器、控制器、閘道器和交換機等。

針對 10 Mb/s SPE 制訂 IEEE 802.3cg 標準的工作小組，將重點擺在因應工業網路邊緣的「乙太網路差距」。因為非乙太網路現場匯流排在自動化網路連接領域一直位居主導地位，原因在於非乙太網路現場匯流排通常更經濟實惠、更容易安裝、對雜訊較不敏感，並且更容易透過網路傳輸電力等等因素。

與使用四對雙絞線的傳統乙太網路不同的是，SPE 採用單對以 10 Mbps 的速度傳輸數據，傳輸距離最遠可達 1,000 公尺，適用於 10Base-T1L 的工業應用。SPE 可以搭配單對乙太網路供電 (SPoE)，就可對 IIoT 設備同時雙向進行供電和數據傳輸。

SPE 和 SPoE 能讓工業自動化享有通用物理層 (PHY)、標準化網路介面卡 (NIC) 的優勢，並可讓廠商以更高的靈活性設計能透過乙太網路進行互動與通訊的裝置。能將數據與電力傳送到更遠的距離外，就可更輕易與裝置通訊，也可在感測器和其他裝置中減少電池的需求。

SPE 能讓解決方案設計人員和客戶享有的優勢包括，減輕佈線的重量和成本、與既有乙太網路基礎設施相容，以及在擴充該業界標準技術時具有更大的彈性。設計 SPE 應用時會遇到的難題包括要克服電磁干擾、訊號完整性、電力傳輸和熱管理的問題。

SPE 應用所需的元件

設計 10Base-T1L SPE 應用需要混合使用多種元件，藉此確保電力和數據的完整性、隔離和雜訊濾波，包括共模扼流圈 (CMC)、差模電感 (DMI) 和隔離式耦合電感。TDK 是第一家可在實作工業 SPE 時供應所有必要電感的供應商，且不分是否要傳輸電力與否。

如果計畫使用 10Base-T1L 在控制與感測或動作元件之間單純進行數據傳輸，設計人員只需使用 CMC 將雜訊濾除即可。TDK 的 RCM70CGI-471 (圖 1) 可抑制在線路上耦合的不對稱干擾，且不會影響數據訊號的表現。工作溫度介於 -40°C 至 +125°C，額定電壓為 80 VDC。

圖 1：TDK 的 RCM70CGI 共模扼流圈可用於抑制干擾。(圖片來源：TDK)

若要實作數據線供電 (PoDL) 應用，設計人員還需要納入一個差模電感，例如 TDK 的 PID75-650M (圖 2)，以降低阻抗並確保電力傳輸的完整性。其額定電感值為 2 x 65 μH，具有低 DC 電阻，工作溫度可高達 +150°C。

圖 2：TDK 的 PID75-650M 差模電感可降低阻抗並確保電力傳輸的完整性。(圖片來源：TKD)

在講究安全性且需具備電流隔離的應用實作中，設計人員需使用隔離耦合電感來輔助 CMC 和 DMI，以免不必要的電流在裝置之間流動。TDK 的 ICI70CGI-222 (圖 3)具有 2.2 mH 額定電感值，雜散電容值小於 20 pF，電壓強度高達 2250 VDC。

圖 3：ICI70CGI 隔離電感。(圖片來源：TDK)

結論

TDK 的工業 SPE 電感能讓產品設計人員打造適用於工廠自動化、大樓自動化、運輸、能源和醫療保健等應用的 SPE 裝置。SPE 應用可支援 IEEE 802.3cg、IEEE 802.3bu 和 IEEE 802.3bw 在內的通訊協定，可延伸乙太網路基礎設施，享有更高的靈活性、降低佈線成本並可減少重量。