Bourns Single Pair Ethernet (SPE) LAN-Chip-Lösungen

Die industrielle Fertigung hat sich in den letzten zehn Jahren mit der Einführung von Industrie 4.0 und IIoT stark verändert. Fertigungsunternehmen verlassen sich bei ihrer digitalen Transformation immer mehr auf die Automatisierung. Eine der jüngsten Entwicklungen ist die Einführung von Single Pair Ethernet (SPE). In diesem Artikel werfen wir einen Blick auf Bourns Single Pair Ethernet-Lösungen für die industrielle Automatisierung.

Was ist Single Pair Ethernet?

Single Pair Ethernet (SPE) ist ein neues Kommunikationsverfahren, das auf der bereits bestehenden Ethernet-Technologie basiert. „Single pair“, weil die Ethernet-Übertragung nur noch über ein einziges verdrilltes Kupferadernpaar und nicht mehr über vier erfolgt. SPE unterstützt auch Power-over-Data-Lines (PoDL) bis zu 50 W und ist damit bestens für das IIoT und Industrie 4.0 geeignet. 

Die Technologie soll den Kommunikationsprozess von Gerät zu Gerät vereinfachen und gleichzeitig die Leistung gegenüber typischen Ethernet-Protokollen verbessern und die Kosten senken. Single Pair Ethernet hat gegenüber dem 8-adrigen Ethernet eine deutlich höhere Übertragungs-Reichweite von bis zu mehreren Kilometern. Bei voll belegtem CAT7 sind es höchstens 100 Meter. Eine vergleichbar hohe Reichweite lässt sich natürlich auch mit Glasfaserkabeln erzielen. Aber GF-Verkabelung erfordert stets eine zusätzliche Stromversorgung der Endgeräte, was bei dezentral angeordneten Sensoren unverhältnismäßig aufwändig sein kann. Die Single Pair Ethernet Technologie verbindet somit die Vorteile: hohe Reichweite, hohe Geschwindigkeit und geringer Verkabelungsaufwand. SPE eignet sich somit für Automationsapplikationen auf weitläufigen Industrieanlagen. Lesetipp: Sensorik in der Automobilindustrie

Bourns Single Pair Ethernet-Lösungen 

Abbildung 1: Industrielles Single-Pair-Ethernet-Blockdiagramm 

 

Abbildung 1 zeigt das Blockdiagramm von Single Pair Ethernet-Schaltungen zwischen zwei kompatiblen Geräten. Folgende Komponente in diesem Diagramm sind für den Betrieb von SPE unerlässlich: 

  • Diskreter Chip-LAN-Transformator 
  • Chip-Gleichtaktdrossel 
  • Gleichtaktnetzdrossel 
  • TVS-Dioden-Array für Überspannungsschutz 

Diskreter Chip-LAN-Transformator – Dieser kleine Transformator mit Mittelanzapfung ist auf einen Trommelkern gewickelt und mit einer Ferritplatte abgedeckt, um den relativen magnetischen Pfad eines Ringkerns zu emulieren. Der Mittelabgriff ermöglicht eine Gleichtaktunterdrückung auch ohne zusätzlichen Gleichtaktfilter. Mithilfe dieses Transformators lässt sich der Aufwand bei der EMI-Fehlersuche verringern. Der vollautomatische Produktionsprozess von Bourns trägt zu einer höheren Gleichmäßigkeit der Komponenten bei und fördert eine gleichbleibende Qualität und verbesserte Zuverlässigkeit. Dieser automatisierte Produktionsprozess ermöglicht eine kosteneffiziente Großserienproduktion mit kürzerer Vorlaufzeit.

Chip-Gleichtaktdrossel – Der Chip-Gleichtaktfilter ist ein kleiner Chip-Induktor mit Ferritkern und zwei drahtgewickelten Leitungstypen. Es gibt fast keine Verzerrung bei Hochgeschwindigkeitssignalen. Hochwirksam bei der Rauschunterdrückung, hohe Gleichtaktimpedanz im Rauschband und niedrige Gegentaktimpedanz im Signalband.

Gleichtaktnetzdrossel – Bei einer Gleichtaktdrossel hält das Kernmaterial die Wicklungen zusammen. Im Gegensatz dazu haben die Einzeldrosseln oder Einzelwicklungsdrosseln nur eine Wicklung auf dem einen Kern. Dieses Diagramm zeigt den Unterschied in der Gleichtaktimpedanz. Eine Gleichtaktdrossel hat Gleichtaktimpedanzen zur Unterdrückung unerwünschter Gleichtaktstörungen. Für eine Kommunikations- oder Signalanwendung wäre es von Vorteil, wenn die Gleichtaktdrossel eine unzureichende differentielle Rauschunterdrückung hätte.

Doppeldifferentialdrossel – Die Differenzialdrossel wird verwendet, um elektrische Störsignale zu filtern, die auf jeder der beiden Leitungen (High-leitung und Low-Leitung) eines geschlossenen Regelkreises auftreten, wobei der Strom in entgegengesetzte Richtungen fließt. Manchmal wird eine Differentialdrossel verwendet, eine auf jeder High-Leitung und eine weitere auf der Low-Leitung.  BournsGleichtaktdrossel ansehen.

TVS-Dioden-Array – Diese Dioden-Arrays schützen den Schaltkreis im Wesentlichen vor plötzlichen elektrostatischen Entladungen (ESD). Dies ist für jedes elektrische System, das empfindlich auf diese Art von Störungen reagiert, wichtig, insbesondere für Kommunikationssysteme wie SPE. Sehen Sie sich die Bourns ESD-Diode an.

Bourns ist führend in der Qualität

Bourns ist einer von vielen führenden Komponentenherstellern für Single Pair Ethernet in industriellen Anwendungen wie der Automobilindustrie. Ihre Komponenten entsprechen den Ethernet-Standards IEEE802.3 und IEC 63171 und gewährleisten höchste Qualität und Robustheit der Single Pair Ethernet-Protokolle. Die Verwendung eines einzigen Netzwerkprotokolls vereinfacht die Komplexität der Netzwerkinfrastruktur drastisch und senkt gleichzeitig die Gesamtkosten. 

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