工业网络标准要求高质量的PHY硅芯片支持

发布者: 发布时间:2010/12/1 11:06:19 阅读:次 【字体:
      工业网络正在从模拟转向数字操作,这不仅可实现更高级的功能,而且可以减少设计工作量和降低BOM成本。虽然专有解决方案已经出现,但目前业界有很大的动力去使用开放标准,来加快设计、降低成本并确保互操作性。

      适合工业应用的联网标准有好几种,包括基于现场总线(Fieldbus)的解决方案,如Profibus和新兴的Foundation Fieldbus。此外,在汽车领域被首先采用的一些联网解决方案正表现出很好的工业应用潜力,包括控制器局域网(CAN)和本地互联网(LIN)。

工业网络标准

最初的Fieldbus能实现4~20mA的电流回路,这创造了一个模拟总线,其优势包括:到线缆的标准化物理接口、在单根线缆上支持总线供电设备、为广泛控制应用提供固有的安全选项。

对更大数据处理能力和更多控制能力的需求导致了模数混合式解决方案的出现,如HART Fieldbus,它在模拟电流回路上加载了数字信息。

Foundation Fieldbus支持全数字、串行、双向Fieldbus通信,它不仅保留了模拟系统的优势,而且还允许来自每个设备的多个变量输入到一个控制系统中。

高电压混合信号技术支持高集成度Fieldbus物理层(PHY)解决方案的实现,这使得可在联网线缆和实际测量设备之间实现一个完整的物理接口,并满足IEC物理层标准的规范,包括Foundation Fieldbus H1和Profibus PA协议。

一个Media Attachment Unit(MAU)允许轻松地利用Fieldbus协议执行常见的工业功能,包括闭环连续控制、批次排队、高速处理自动化、信息集成、处方管理和数据采集。

已在汽车领域得到验证的CAN总线在工业应用领域的普及度正在稳步增长,如伺服系统、传感器、控制器、以及许多在机器控制和自动化领域使用的其它设备的互联。CAN协议目前已被批准为国际标准ISO118?8,它包括针对1Mbps通信的规范,也包括受汽车应用青睐的500kbps速率通信的规范。

不过,工业CAN总线实现必须驱动的线缆比汽车中的线缆要长得多。更长的线缆长度也给设计工程师带来了保护电路元件不受电磁干扰的额外设计负担。

LIN在整个网络上直接控制个别的传感器和激励器,包括电机。汽车工业率先采用LIN来减少线束的重量和布线利用的复杂性,这一趋势起始于总线型基础设施(如CAN)的导入。

安森美半导体公司ASSP工业产品经理Paul Pulley。
安森美半导体公司ASSP工业产品经理Paul Pulley。

CAN总线的基础设施太昂贵,以致于不能一直用到所有的个别传感器和驱动器上。LIN不仅使得这些连接在经济上是可行的,而且还可以通过LIN主控制器连接至CAN总线环境。因此,现代汽车正开始采用一种分层化的网络,工业应用也是如此。

物理层、电机驱动器及其它

构建一个工业网络需要的PHY芯片必须在抗电磁干扰、总线短路保护和预防网络通信阻塞方面有特别考虑,设计工程师经常必须针对这些特性做出自己的特别设计安排。如电机驱动器这样的激励器传统上采用分立元件来实现,而这要求额外的设计和开发工作量。

在过去,这样的网络PHY采用标准元件用分立电路来实现。今天,混合信号半导体技术提供了一个可替代方法。特别是,高电压混合信号半导体技术可被用来构建单个芯片,这种芯片具有构建完整PHY所必须的所有功能块,还具有用于电机和激励器的高电压驱动器、传感器模拟接口(工业应用最普通的要求之一)、嵌入式数字处理、以及高级别的系统保护。

例如,设计工程师可以将CAN收发器和控制功能直接设计进传感器接口、激励器或电机中,或者在不牺牲现有电路板面积的情况下增加额外的新功能和提高性能。

在实现工业标准PHY时采用高电压混合信号设计,不仅为实现更高级别的集成度打开了大门,而且可缩小整个电路的尺寸、重量和功耗。

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