産業ネットワークは工場ワークショップの機器を制御し,データと画像をリモートモニターに送信し,ローカルとリモートの両方でシームレスな通信とデータ送信を実現することができます.何年にも渡って, the Ethernet technology used in this network has evolved from 10BASE-T systems capable of transmitting 10 Mbps to wired Ethernet and wireless 5G transmission networks capable of supporting up to 400 Gbpsこの進歩は,Ethernetケーブルを通じてデバイスをローカルエリアネットワーク (LAN) に接続し,信号伝送を改善し,データフローを管理するためのネットワークコンポーネントに依存しています.
設計者は個々の産業ネットワークデバイスを選択したり,最も優れたコンポーネントを簡単に展開できる製品に組み合わせることもできます様々な選択肢を理解することは,将来性のある産業ネットワークの実現への第一歩です.
産業間接続を実現するための構成要素
産業ネットワークでは,各デバイスには物理層 (PHY) が含まれ,これは印刷回路板 (PCB) に埋め込まれたイーサネットチップである.PHYはデバイス間の二方向通信を管理する.
デバイスから出るデータは,通常,イーサネットケーブルなどの物理的なメディアを通じて送信されます.ケーブルとPHYは,データ送信速度を共同で決定します.ほとんどの新しいデバイスは少なくとも1000BASE-Tイーサネットをサポートします装置は複数の曲がったペアケーブルからなるデータラインを介して最大1000 Mbps (または1 Gb/s) の速度でデータを送信または受信することができる.
統合コネクタモジュール (ICM) は,PHYと伝送媒体の間に位置し,両者間の効果的な通信を可能にします.ICMはメディア関連インターフェイス (MDI) を提供する必要があります.ケーブルを挿入するための標準RJ45イーサネットジャックなどICM は PHY とケーブル のインペデンス に一致し,電気を隔離し,電源 接続 を オーバー,ローズ ループ,信号 騒音 から 保護 する 必要 が あり ます.システム内における電磁互換性を最終的に確保する.
IMCの内蔵は1:1 transformer will also be used to isolate the direct current (DC) bias used to operate the PHY from the DC bias used to transmit data or power to connected devices via Power over Ethernet (PoE) technology.
ICMは,データ送信に使用される2つのトワッドペアケーブルまたはイーサネットケーブルで使用されていない2つのトワッドペアケーブル間のDCバイアスを確保することによってPoEを管理します.PoEは工場ワークショップアプリケーションの配線を大幅に簡素化することができますしかし,電線,ICM,その他のネットワークコンポーネントを注意深く選択して,最小限のEMIを保証する必要があります.
PoEの役割を担う
PoEを産業環境で実装するには, Pulse Electronics の PulseChip LAN トランスフォーマー TCxG シリーズ (図1) のような LAN トランスフォーマーを使用する必要があります.これらのデバイスは,ベースバンド速度は1Gbpsでデータを送信することができます2倍5倍10倍0Wから90Wの直流電源を 4対の扭曲ペアケーブルで供給します
パルス・エレクトロニクス社のPulseChip TCxGシリーズLANトランスフォーマー
図1: パルスチップ TCxG シリーズ LAN トランスフォーマーに磁気ストックが加えられ,信号騒音を軽減し, 0 W から 90 W DC PoE と最大 10 Gbps のデータ速度を提供します. (画像源:パルス電子)
表面装着装置 (SMD) 鉄コアトランスフォーマーには,騒音とEMIを減らすために1500VRMSの電気隔離能力があります.TCxGシリーズは,IEEE 802のEthernetおよびWiFi通信機器の電気要件を満たすか超えています..3 仕様,特に1G,2.5G,5G,および10GBASE-T イーサネット送信要件,およびIEEE 802.3btクラス4 6/8 PoEアプリケーション要件.
TCxGシリーズのネットワークトランスフォーマーには1812 (4732) 規格の磁性コアが採用されており,設計は標準的な6パッドPCBレイアウトと互換性がある.TCxG00Pシリーズは4時間以内に60WのPoE管理能力を達成します..70 ± 0.25 mm x 3.20 mm パッケージ. TCxG001Pシリーズトランスフォーマーは,90 W の電力を送信することができ,特に小さな磁性コアレイアウトのために,4.60 ± 0.25 mm x 3.40 mm パッケージで設計されています.高電力で温度上昇を減らすためにトランスフォーマーのケーブル側で余分なスペースを残すことをお勧めしますこのトランスフォーマーの作業温度は−40°C~+85°Cで,部品の自己加熱による温度上昇を含む.
両方の設計では,200MHzまでの周波数で -1 dB未満の挿入損失があります.TCxGシリーズのトランスフォーマーは,SMT磁気ストックで使用するために特別に設計されています.このストックコイルは,信号の電子ノイズをフィルターし,インピーダンスのマッチングを確保するために,データレートでLANトランスフォーマーと組み合わせて使用されます..これらのストックは,より小さな0805 (2012) マグネットコア (2.00 mm x 1.2 mm) に適しており,極度制限がないため,PCB設計で柔軟に配置できます.
TCxG トランスフォーマーとペアドストックには柔軟なモジュール式設計があり,PoE電源機能に対応しています人と機械のインターフェース (HMI) のようなアプリケーションに理想的な選択肢となります産業用イーサネットLANスイッチ,ルーター,サーバー,および5GおよびWiFi無線アクセスポイント (WAP)
ICM と接続性を組み合わせる
LAN トランスフォーマーと磁気ストロークを別々に指定することは柔軟性があるが,多くのアプリケーションには統合されたソリューションが必要である.ICMは,Ethernetケーブルプラグ用の磁気ストックとRJ45ソケットのLANトランスフォーマーを統合する一般的に使用されているPHYチップとの互換性を維持している.
パルスエレクトロニクスのPulsejack JXT7シリーズイーサネットICM (図2) では,これらのコンポーネントは,IEEE 802.3anによって指定された最大10Gbpsのデータ速度,または2.IEEE 802 に規定する 5 Gbps と 5 Gbps.3bz このシリーズはまた,IEEE 802.3bt によって指定された最大140Wの直流電源を100フィート長のシールドなしの扭曲ペア (UTP) ケーブル (CAT5eまたはCAT6ケーブルなど) により提供することができる.
パルスエレクトロニクス社のPulsejack JXT7シリーズICM
図2:Pulsejack JXT7シリーズICMは,LANトランスフォーマー,磁気ストック,RJ45ソケットを組み合わせ, 1 Gbps から 10 Gbps までのデータ転送速度と最大 140 W DC PoE をサポートします.頑丈で耐久性のあるSMDパッケージに詰め込まれていますWAP の理想的な選択です (画像源:パルス電子)
JXT7 ICMの総寸法は34.29mm深,16.51mm幅,13.33mm高である.高電源レベルと電流の1~2度の場合の潜在的な過熱に対応するために,より大きな空洞設計を採用している..3 A. このシリーズは,上下EMIスプリングプレート,および追加の接地プレートを含む包括的な電磁性シールド設計を備えています. JXT7ICMは頑丈で耐久的です.工業用および屋外用には適しており,温度範囲は-40°C~+85°C.
ネットワーク構築を新たなレベルに
産業用イーサネットネットワークへの デバイス接続の鍵となる部品ですが このネットワークの構築には スイッチ,ルーター,装置のデータ伝送速度に対応できるアンテナコンパクトなICMとPoE技術によって達成された工場ワークショップスペースの利用を維持するために,これらのネットワークデバイスは既存のPCBレイアウトに適応する必要があります.
この利用率を達成するための方法の1つは,SMDデバイスにおけるネットワークコンポーネントの高密度パッケージングを達成できるボールグリッド配列 (BGA) を使用することです.Pulse Electronics の 1GB SMD BGA イーサネット LAN モジュール (図 3) は 10BASE-T から 1000BASE-T までの イーサネット 接続をサポートするポート1口あたり140mm2未満の密度で最大70Wの直流PoEを供給する.
パルス・エレクトロニクスの1Gb SMD BGA イーサネット LAN モジュール
図3: Pulse Electronics の 1GB SMD BGA イーサネット LAN モジュールは,高度な PoE をサポートし,1 Gbps までのデータ転送速度もサポートするアップグレード可能なネットワーク スイッチです. (画像源:パルス電子)
この装置は,低データレートまたは低電力で古いコンポーネントをサポートする場所に設置され, 2列のポートを持つ2xNコネクタの後ろのスペースに設置することができます.各列に1~8つのポートがある産業用環境向けに設計されたモジュールの指定動作温度は -40°Cから+80°Cです.
これらの高密度モジュールは,ワイヤレスビデオ通信のための5Gアンテナの追加もサポートしています.5Gアプリケーションのアンテナソリューションは,Pulse Electronicsのアンテナ (図4) のようなもので,PCBや柔軟性回路板 (FPC) のデバイス内部にインストールできます.アントナの選択は,必要なデータ送信速度と帯域幅,受信機までの距離,障害物やデータ送信時の干渉要因.
これらのアンテナは, 617 MHz から 7125 MHz の間の中低周波帯域で 5G 送信をサポートします.この周波数帯内では,センサーからスマートデバイスにデータを高速で低レイテンシーで送信できます.