Une technologie Single Pair Ethernet robuste dépend des composants appropriés

L'automatisation remplace les systèmes de contrôle distribués traditionnels, et les technologies innovantes permettent de réduire l'espace et les coûts tout en améliorant les performances. Single Pair Ethernet (SPE) est un composant essentiel pour l'usine du futur.

Lors de la construction d'une infrastructure pour l'Internet industriel des objets (IIoT), la technologie SPE est absolument indispensable. Cette nouvelle norme de communication Ethernet pour l'automatisation des usines, des bâtiments et des processus permet le déploiement de stratégies intégrées plus rapides et plus sécurisées.

Les protocoles Fieldbus traditionnels sont reconnus pour la transmission d'informations sensibles au temps, d'une importance critique pour les applications automobiles et de contrôle industriel. Cependant, avec l'augmentation du nombre d'actionneurs et de capteurs dans les réseaux, les protocoles Fieldbus traditionnels constituent désormais un goulet d'étranglement, qui s'aggrave avec l'introduction de davantage de liaisons, car les câbles Fieldbus encombrants prennent trop de place.

Jusqu'à présent, deux paires de fils de cuivre étaient nécessaires pour l'alimentation simultanée de dispositifs terminaux via PoDL (Power over Data Line). Désormais, les quatre fils requis pour PoDL appartiennent au passé, car SPE peut assurer cette fonction en plus de la transmission de données, ouvrant ainsi des champs d'application totalement nouveaux pour l'Ethernet industriel.

TDK Electronics est spécialisé dans les composants indispensables aux secteurs de l'automobile et de l'électronique industrielle. L'IIoT et la technologie SPE constituent un dénominateur commun à tous ces produits et technologies, où Single-Pair Power over Ethernet (SPoE), l'alimentation, l'équipement émetteur d'alimentation (PSE) et les contrôleurs Ethernet jouent tous un rôle.

Analog Devices Inc. — tout comme TDK Electronics — est à l'avant-garde pour rendre l'IIoT plus rapide et plus fiable grâce à des équipements qui utilisent le contrôleur PSE SPoE à 5 ports LTC4296-1 (Figure 1), y compris des systèmes de sécurité, des systèmes de technologies opérationnelles (OT), des instruments et des commutateurs de terrain, des systèmes d'automatisation des bâtiments et des usines, et des systèmes de contrôle du trafic.

Figure 1 : Équipement PSE SPoE conforme à IEEE 802.3cg utilisant le LTC4296-1, montrant l'un des cinq ports mais avec certaines broches omises pour plus de clarté. (Source de l'image : Analog Devices Inc.)

Le LTC4296-1 est un contrôleur PSE SPoE à 5 ports, conforme à la norme IEEE 802.3cg et disponible en boîtier QFN-48 (Figure 2). En simplifiant la conception et l'installation avec SPoE et en utilisant une alimentation et des données Ethernet standardisées via un câble à une seule paire, le LTC4296-1 est parfaitement adapté à l'interopérabilité avec les dispositifs alimentés par 802.3cg.

Fournissant de l'énergie avec des transistors à effet de champ métal-oxyde-semiconducteur (MOSFET) externes à canal N et faible résistance drain-source (RDS_ON), le LTC4296-1 garantit la robustesse des applications tout en minimisant les chutes de tension.

Figure 2 : Le LTC4296-1 est conçu pour une interopérabilité optimale. (Source de l'image : Analog Devices Inc.)

La limite de courant analogique (ACL) peut fournir une protection contre les courts-circuits et les courants d'appel contrôlés en utilisant des disjoncteurs haut potentiel avec repli. Les défauts de retour d'alimentation et les défauts de terre dans les applications non isolées peuvent être évités grâce à un disjoncteur bas potentiel en option, protégeant la sortie négative.

De plus, pour garantir que la pleine tension de fonctionnement n'est appliquée au câble que lorsque la distribution d'alimentation (PD) est présente, la classification PD via le protocole SCCP (Serial Communication Classification Protocol) et le maintien MFVS (Maintaining Full Voltage Signature) sont nécessaires.

Des dispositifs comme le LTC4296-1 offrent une solution PSE SPoE polyvalente et peuvent être facilement intégrés pour une application de contrôleur optimale.

Atteindre un trafic de données sans interférences avec des inductances

Il existe différents types d'inductances pour de multiples applications. Les types d'inductances pour applications 10BASE-T1L incluent les selfs de mode commun (CMC), les inductances d'isolement (ICI) et les inductances de mode différentiel (DMI).

Les inductances d'isolement série ICI70CGI permettent de résoudre le problème d'isolation galvanique entre la couche PHY et le connecteur dans certaines applications. Elles offrent un rapport de couplage de données de 1:1 avec des valeurs d'inductance de 1,0 mH et 2,2 mH, et une tension d'isolement de 2250 V_CC.

Il est possible de connecter des capteurs et des actionneurs avec PoDL avec une seule paire de fils, réalisant ainsi la transmission de données et d'alimentation via cette ligne. Le connecteur utilise des selfs de mode différentiel spéciales, un composant électronique passif qui supprime le bruit haute fréquence dans les circuits, fonctionnant comme un filtre en atténuant le bruit de mode différentiel. Qu'il s'agisse d'une situation avec ou sans transmission d'alimentation lors de l'utilisation de PoDL pour implémenter SPE industriel, certaines applications spécifiques requièrent une isolation galvanique entre la couche PHY et le connecteur. Les inductances d'isolement telles que le dispositif RCM70CGI-471 (Figure 3) offrent un rapport de transformation de 1:1.

La suppression des interférences asymétriques est essentielle pour assurer un trafic de données sans interférences. Le RCM70CGI-471 est basé sur la norme IEEE 802.3cg pour 10BASE-T1L, et est une self de mode commun conçue pour un courant maximum de 700 mA à 80 V, avec une valeur d'inductance de 470 µH.

Figure 3 : La self de mode commun RCM70CGI-471 est basée sur la norme IEEE 802.3cg. (Source de l'image : TDK)

Pour supprimer les interférences dans les systèmes, une self de mode différentiel spéciale est requise.

Il existe différentes versions couvrant les six classes de puissance (10 à 15) dans la série PID, selon la norme IEEE 802.3cg., et des courants de saturation pouvant aller de 360 mA à 2100 mA.

Les cartes d'évaluation PoDL garantissent la connectivité

L'IIoT requiert une intégration totale des systèmes, garantissant la connectivité des terminaux à la salle de contrôle pour la transmission des données en temps réel. La technologie SPE simplifie les réseaux, permettant des portées de transmission jusqu'à 10 Mbps sur des distances jusqu'à 1000 m tout en fournissant l'alimentation simultanément.

TDK propose une variété de cartes de test plug-and-play 10BASE-T1L différentes pour six classes de puissance différentes, développées pour correspondre aux cartes d'évaluation suivantes, EVAL-ADIN1100EBZ (Figure 4), EVAL-ADIN1110EBZ, et pour accélérer la phase de conception et de test.

Figure 4 : SPE simplifie les réseaux, en permettant des portées de transmission jusqu'à 10 Mbps sur des distances jusqu'à 1000 m, comme illustré ici dans ce schéma fonctionnel EVAL-ADIN1100EBZ simplifié. (Source de l'image : TDK)

Cartes d'interface avec deux modes de fonctionnement

Le cœur PHY 10BASE-T1L Ethernet robuste, industriel et basse consommation ADIN1100 d'Analog Devices est conforme à la norme ROHS3. Il présente un niveau de sensibilité à l'humidité (MSL) de 1 (illimité) et un statut REACH - Non concerné offrant une plateforme flexible pour l'évaluation rapide du cœur PHY 10BASE-T1L robuste et basse consommation ADIN1100.

L'EVAL-ADIN1100EBZ (Figure 5) dispose de connexions SPE de 10 Mbps avec des dispositifs sur une distance considérable de 1,7 km de câble, avec une carte d'évaluation dotée de deux modes de fonctionnement, offrant une flexibilité maximale. Tous les paramètres du registre ADIN1100, tels que les diagnostics et la surveillance de la qualité de liaison, sont accessibles lors de la connexion à un PC avec le logiciel d'interface graphique ADIN1100.

Figure 5 : Carte d'évaluation d'interface PHY Ethernet ADIN1100. (Source de l'image : Analog Devices Inc.)

Alternativement, en définissant des liaisons et des commutateurs de configuration matérielle, la carte EVAL-ADIN1100EBZ peut fonctionner en mode autonome. Les opérateurs peuvent surveiller les LED embarquées pour l'état grâce aux interfaces de gestion et de données ADIN1100, qui peuvent être facilement configurées pour se connecter à un contrôleur hôte externe, en utilisant la carte d'évaluation de gestion de l'alimentation PoE EVAL-SPOE-KIT-AZ LTC4296-1.

Conclusion

La technologie Single Pair Ethernet (SPE) de qualité est essentielle à la construction d'une infrastructure solide et fiable pour l'Internet industriel des objets (IIoT).

TDK Electronics et Analog Devices Inc. sont reconnus pour leurs capacités à fournir des technologies SPE haut de gamme, permettant une communication aisée du cloud à la Terre.