选择以太网PHY时的重要因素

介绍

随着数字化在我们日常生活的几乎所有方面进一步发展，越来越多的数据需要在不同的设备和机器之间不断交换。特别是在工业领域，传统的通信技术正在挑战其极限，以太网，或者在这种情况下是工业以太网，正在成为新标准。有了它，可以在长达 100 m 的距离内实现千兆位范围内的非常高的数据速率，如果使用光纤电缆，甚至可以达到几公里。

以太网是 IEEE 802.3 中规定的接口规范。IEEE 802.3 的元素之一是以太网物理 （PHY） 层。它是用于发送和接收数据或以太网帧的收发器组件。在 OSI 模型中，以太网覆盖第 1 层（物理层）和第 2 层的一部分（数据链路层）。

物理层指定电信号的类型、信号速率、媒体和连接器类型以及网络拓扑。以太网 PHY 可以映射到其上，如表 1 所示。

OSI 模型层		TCP/IP 模型
主机层	7 |应用	应用层
	6 |介绍
	5 |会期
	4 |运输	TCP/UDP
媒体层	3 |网络	知识产权
	2 |数据链路	以太网	MAC & LLC
	1 |物理的		物理层

PHY形成物理接口，负责纯数字系统和传输信号的介质之间的数据编码和解码。因此，它代表了接口的数字和电气连接层之间的桥梁。

数据链路层定义了在介质上进行通信的方式以及传输和接收消息的帧结构。这意味着它定义了如何排列来自线路的位，以便能够从位流中提取数据。使用以太网时，这称为媒体访问控制 （MAC），位于 PHY 附近，但在数据链路层中。MAC 通常集成到控制器或交换机中。

PHY 可以是分立元件，也可以集成到以太网控制器中。图1显示了所需以太网组件和分立PHY的简化框图。

图1.以太网连接的简化框图。

如果要使用分立PHY实现设计，则在选择PHY时应牢记几个标准。

选择工业 PHY 时要考虑的重要标准

在工业应用中，数据传输和网络必须在很宽的温度范围内具有高度可靠性和故障安全性。这相应地适用于所有组件。

网络周期时间

网络周期时间是控制器从连接的设备收集和更新数据所需的时间。具有低延迟的PHY缩短了网络周期时间，从而缩短了网络更新时间，这对于时间关键型应用程序尤其重要。因此，可以将更多设备连接到网络。

对干扰的敏感性/鲁棒性

工业应用中的操作环境通常很恶劣。PHY必须能够承受普遍的外部条件，因为它直接或通过小磁性元件连接到电缆，可以将干扰（辐射或传导）耦合到电缆中。

EMC 标准（如 CISPR 32 和 IEC 61000-4-2 至 IEC 6100-4-6）是衡量 PHY 规范的标准。强大的 PHY 为认证铺平了道路，并消除了通常繁琐的重新设计任务。

损耗和温度范围

工业应用设备通常具有IP65/IP66的防尘和防潮保护。这限制了可用于冷却电子设备的气流。同时，工业应用中的设备经常暴露在高环境温度下。此外，对于线形和环形拓扑，需要两个以太网连接，因此需要两个PHY，因此数据输入和输出的PHY损耗加倍。因此，应选择低损耗的PHY，以便将自发热降至最低。

审核编辑：郭婷