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類型分類：: 科普知識

數據分類：: 汽車連接器

工業通信的現狀和發展趨勢

發布日期：2022-04-18 點擊率：150

    工業通信包括數據監視和處理、診斷和監測以及可視化，還包括在組環電流和共模噪聲條件下維護數據完整性的各個方面，其中光耦常用來解決組環電流和共模噪聲這兩大問題。工業通信要求隨著時間的推移也在不斷變化，用戶可以根據速度、切換規范或安全等要求選擇各種技術和通信總線。歐洲市場上現場總線系統在全部網絡層次的銷售將從2001年的1.702億美元上升到2008年的4.2億美元。工業網絡層次分為：

. 企業級(以太網PC、服務器、網關)

. 控制級(高性能以太網(HSE)、以太網、ProfiNet)

. 設備級(Profibus DP、DeviceNet)

. 傳感器級(CANbus、Remote I/O)

工業網絡層次

       目前智能傳感器被越來越多地應用于工業系統中，使得設備級的通信逐步走向更復雜的信息交換。由于小型化程度的完善，現在的傳感器已經是一個具有存儲器和網絡功能的小型PC，通過比如自身校正等功能可提供復雜的反饋和更精確的信息，從而有效補
償與非線性、偏移或溫度相關的錯誤。這些優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通信系統的智能。PLC可用來控制和處理較低網絡協議層(OSI)、特別是傳感器和設備級的信息流。

       現場總線是另一個受益于智能傳感器的快速增長領域。現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場總線是主要用于區域通信的Profibus、DeviceNet、Interbus、CAN總線。Profibus是以西門子為首的各大公司聯盟于1989年創建的，在歐洲處于市場領導地位，而得到Allen-Bradley(Rockwell)支持的DeviceNet則在美國獨領風騷。

       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。為了優化占用空間，通常優選多通道封裝。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”。對設計師來說更有價值的是與開關有關的規范要求，如傳播延遲和脈寬失真。DeviceNet規定了相對較低的數據速率，如125kBaud、 250kBaud和500kBaud，但要求小于40ns的傳播延遲。CANbus規定了125kBit/s低速和1Mbit/s高速數據速率，但對傳播延時沒有嚴格的要求。Profibus發送數據在12MBd范圍內，并規定了隔離器、收發器和連接本身的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)。市場上現有的隔離器 (如光/磁或容性耦合器)已經可以提供低至2ns的PWD，該延時規定了異步數據通信的最大速度，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。

       新的收發器正在向更低供電電壓發展，特別是在噪聲問題不是太大的控制領域。3V范圍內的供電電壓已經成為目前的標準。3V隔離器的實現能使設計師簡化電壓種類，并節省成本。

       針對通信應用優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電壓下工作的數字光耦的廠商。這一技術領導地位建立在稱為后向散射的LED技術突破的基礎之上。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。根據所選封裝不同，這一技術能幫助用戶節省75%以上的電路板面積。另外，低至2ns的光耦脈寬失真(PWD)指標仍是業界最好的。

LED技術的突破

        未來基于以太網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的數據速率。目前的隔離是靠源自計算機以太網的變壓器技術實現的，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。安華高科技剛剛發布了一款基于650nm LED技術的收發器，可使用1mm的聚合物光纖(POF)和200um的塑料包層光纖(PCF)。

       工業以太網和已建立的現場總線至少還將共存10到15年，因此光耦將繼續提供隔離功能，保證信號完整性，并在以后的工業通信領域發揮重要的作用。

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