Lo que importa cuando se trata de elegir un PHY de Ethernet

Introducción

A medida que la digitalización avanza en casi todos los aspectos de nuestra vida diaria, es necesario intercambiar constantemente volúmenes cada vez mayores de datos entre diferentes dispositivos y máquinas. Especialmente en la industria, las tecnologías de comunicación convencionales están llegando a sus límites, y Ethernet, o en este caso Industrial Ethernet, está emergiendo como el nuevo estándar. Con él, se pueden lograr tasas de datos muy altas en el rango de gigabits en distancias de hasta 100 m, o incluso varios kilómetros si se utilizan cables de fibra óptica.

Ethernet es una especificación de interfaz establecida en IEEE 802.3. Uno de los elementos de IEEE 802.3 es la capa física de Ethernet (PHY). Es un componente transceptor para transmitir y recibir datos o tramas Ethernet. En el modelo OSI, Ethernet cubre la Capa 1 (capa física) y parte de la Capa 2 (capa de enlace de datos).

La capa física especifica los tipos de señales eléctricas, las velocidades de señalización, los tipos de medios y conectores y las topologías de red. El Ethernet PHY se puede asignar a él, como se muestra en la Tabla 1.

El PHY forma la interfaz física y es responsable de la codificación y decodificación de datos entre un sistema puramente digital y el medio en el que se transmiten las señales. Por lo tanto, representa un puente entre los niveles de conexión digital y eléctrica de la interfaz.

La capa de enlace de datos define la forma en que se lleva a cabo la comunicación sobre el medio y la estructura de la trama para los mensajes transmitidos y recibidos. Esto significa que define cómo se organizan los bits del cable para permitir que los datos se extraigan del flujo de bits. Con Ethernet, esto se denomina control de acceso a medios (MAC) y se encuentra en las inmediaciones del PHY, pero en la capa de enlace de datos. Los MAC suelen estar integrados en controladores o conmutadores.

Los PHY pueden ser componentes discretos o también pueden integrarse en controladores Ethernet. En la Figura 1 se puede ver un diagrama de bloques simplificado que muestra los componentes Ethernet requeridos y los PHY discretos.

Si se debe realizar un diseño utilizando PHY discretos, se debe seleccionar un PHY con algunos criterios en mente.

Criterios importantes a tener en cuenta al seleccionar un PHY industrial

En aplicaciones industriales, la transmisión de datos y la red deben ser altamente confiables y a prueba de fallas en una amplia gama de temperaturas. Esto se aplica en consecuencia a todos los componentes.

Tiempos de ciclo de red

El tiempo de ciclo de la red es el tiempo que tarda el controlador en recopilar y actualizar los datos de los dispositivos conectados. Un PHY con baja latencia acorta el tiempo de ciclo de la red y, por lo tanto, mejora el tiempo de actualización de la red, lo que es especialmente importante para las aplicaciones de tiempo crítico. Por lo tanto, se pueden conectar más dispositivos a la red.

Susceptibilidad a la interferencia/robustez

Los entornos operativos en aplicaciones industriales suelen ser duros. Un PHY debe ser capaz de soportar las condiciones externas prevalecientes porque está conectado directamente oa través de un pequeño magnetismo a los cables, en los que se pueden acoplar las interferencias (radiadas o conducidas).

Los estándares EMC como CISPR 32 e IEC 61000-4-2 a IEC 6100-4-6 son varas de medir con las que se debe medir una especificación PHY. Los PHY robustos allanan el camino para la certificación y eliminan la tarea generalmente tediosa de rediseñar.

Pérdidas y rango de temperatura

Los dispositivos para aplicaciones industriales suelen estar protegidos contra la entrada de polvo y humedad según IP65/IP66. Esto restringe el flujo de aire disponible para enfriar los componentes electrónicos. Al mismo tiempo, los dispositivos en aplicaciones industriales a menudo están expuestos a altas temperaturas ambientales. Además, para las topologías de línea y anillo, se requieren dos conexiones Ethernet y, por lo tanto, dos PHY, por lo que las pérdidas de PHY para la entrada y salida de datos se duplican. Por lo tanto, se deben seleccionar PHY con bajas pérdidas para minimizar el autocalentamiento.

Dispositivos analógicos PHY externos

Analog Devices desarrolló sus PHY de Ethernet industrial centrándose en los requisitos industriales y presentó los robustos PHY ADIN1200 (10 Mbps/100 Mbps), ADIN1300 (10 Mbps/100 Mbps/1 Gbps) y ADIN1100 (10BASE-T1L) para complementar su Cartera Ethernet, ADI Chronous^™.