Single Pair Ethernet für Anwendungen im Industriebereich

ANP085

Beginnend in den frühen 1980er Jahren als Kommunikation zwischen Computernetzwerken, ist der Ethernet Standard heute das am meisten verwendete Protokoll in der Industrie¬kommunikation. Kupferkabel mit 2-Paaren für Fast Ethernet und 4-Paar-Kabeln für Gigabit Ethernet sind die Kernelemente in Unternehmens- und Industrienetzwerken. Mit der neuen Single Pair Ethernet (SPE)-Technologie, die aus der Automobilindustrie stammt, sind viele neue Anwendungsfälle möglich, um analoge Sensoranwendungen oder industrielle Bussysteme zu ersetzen.

Im Jahr 2019 basieren etwa 59 % aller industriellen Kommunikationsprotokolle auf Ethernet. Dennoch ist auch noch ein hoher Prozentsatz von Feldbussystemen wie Profibus oder CC Link (Control and Communication) im Einsatz. Viele Sensoren oder Aktoren innerhalb von Produktionsanlagen haben keine hohen Anforderungen an die Datenrate. Da die Entfernung zwischen diesen Geräten und den Feldswitches jedoch oft mehr als 200 m beträgt, stößt Ethernet mit einer maximalen Kabellänge von 100 m an seine Grenzen.

Neben der Kabellänge waren das (Kabel-)Gewicht, die mechanische Stabilität der Steckverbinder und die Reduzierung der Leiterplattengröße die Treiber, um neben dem RJ45-basierten Multi-Pair-Ethernet einen neuen Standard zu schaffen. Single Pair Ethernet (SPE) ist die perfekte Antwort auf diese Marktanforderungen und ermöglicht die grenzenlose IP-basierte Kommunikation aus der Cloud zu jedem Sensor oder Aktor.

Diese Applikation Note beschreibt die Komponenten, die für Single Pair Ethernet vom Kabel bis zum PHY-Chip benötigt werden. Der Schwerpunkt wird auf das richtige EMI-Filterdesign für 10BASE-T1L und 100BASE-T1 und auf die Erfüllung der Kommunikationssicherheitsanforderungen gemäß IEC 62368-1 gelegt. Dies wird in einer Leiterplatte demonstriert, um die Wirksamkeit der Komponenten zu charakterisieren.

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