我wo們men的de世shi界jie正zheng變bian得de更geng加jia智zhi能neng且qie緊jin密mi相xiang連lian，樓lou宇yu和he工gong廠chang正zheng以yi前qian所suo未wei有you的de方fang式shi實shi現xian自zi動dong化hua。為wei了le確que保bao這zhe些xie新xin係xi統tong有you效xiao運yun行xing，可ke靠kao的de信xin息xi通tong信xin至zhi關guan重zhong要yao——這不僅體現在工業控製麵板內部
，也包括遍布整個場所的各種設備之間的通信。

直到最近
，工業網絡還很複雜
，可能需要使用各種協議和網關。這可能既昂貴又不可靠，難以確保應有的互聯互通能力。

然而，隨著10BASE-T1S以yi太tai網wang的de出chu現xian，一yi場chang變bian革ge正zheng在zai發fa生sheng。這zhe一yi創chuang新xin標biao準zhun取qu代dai了le傳chuan統tong的de現xian場chang總zong線xian技ji術shu
，為wei現xian代dai網wang絡luo環huan境jing提ti供gong了le多duo種zhong優you勢shi，並bing消xiao除chu了le對dui網wang關guan的de需xu求qiu。

支持新標準的一係列設備
，如安森美的工業 10BASE- T1S 以太網控製器，為連接雙絞線 (TP) 提供了可靠有效的單芯片解決方案。

工業應用中的可靠連接

雖然工業機櫃內的距離相對較短，但要在工業應用中提供可靠的連接卻極具挑戰性，特別是由於存在大量的電氣噪聲。大型配電盤、電機和許多其他大電流/高電壓設備都會產生一定程度的電磁幹擾，從而破壞網絡通信。

在zai辦ban公gong應ying用yong中zhong，由you於yu中zhong斷duan造zao成cheng的de數shu據ju傳chuan輸shu緩huan慢man會hui令ling人ren沮ju喪sang或huo不bu便bian。然ran而er，在zai工gong業ye應ying用yong中zhong

，數shu據ju的de及ji時shi傳chuan輸shu至zhi關guan重zhong要yao
，尤you其qi是shi來lai自zi控kong製zhi機ji器qi運yun行xing的de遠yuan程cheng傳chuan感gan器qi數shu據ju。如ru果guo數shu據ju延yan遲chi或huo不bu正zheng確que，可ke能neng會hui違wei反fan流liu程cheng參can數shu，更geng有you甚shen者zhe會hui損sun壞huai生sheng產chan設she備bei。

出於同樣的原因，及時傳輸數據變得尤為重要。這就不適用於那些基於隨機超時來協商總線訪問權限的協議。

10BASE-T1S 如何應對最新的工業連接挑戰

網絡基礎設施常被形容為一個 "堆棧"

，最底層是物理實現（布線/媒體）
，其上是日益複雜的軟件。在工廠 4.0 應用中，人工智能 (AI)、機器學習 (ML)、規劃、執行、自動化
、跟蹤、庫存控製

、監督控製等位於頂層。最底層（物理層）是工廠車間
，包括機器人、執行器
、運動傳感器和閥門在內的邊緣節點在這裏執行實體製造工作，通常覆蓋多條裝配線。

圖 1 - 10BASE-T1S 消除了對非以太網協議和相關網關的需求

堆棧頂層的通信通常是通過多千兆位以太網局域網進行的。然而，工廠車間的通信往往是由多點網絡現場總線協議（包括 HART、RS-485、Mod-bus、DeviceNet、Profi-Bus 和 CAN）組成的零散網絡，通過一對雙絞線（可能是屏蔽線或非屏蔽線）以兆位或更低的速率運行。

為了使其成為一個統一的網絡來工作，需要在以太網部分和其他協議之間安裝網關，這會導致通信碎片化，增加了成本和複雜性。 一種新型以太網將顯著增強智能樓宇和工廠應用中的邊緣連接。

2019年IEEE 802.3cg規範的批準帶來了10BASE-T1S。該標準基於標準以太網
，但有幾點重要差異，提供了10Mb/s的吞吐量
、具有確定性衝突處理機製的多點操作。該標準能在非屏蔽單對雙絞線（SPE）上運行，從而極大簡化了安裝過程並降低了成本。

確定性操作對於實時係統至關重要，因為實時係統必須在已知時間內傳輸信息。傳統以太網使用的 CSMA/CD （載波監聽多路訪問/衝突檢測），采用隨機時間周期，因此無法保證通信時間的確定性。

10BASE-T1S 使用一種稱為 PLCA（物理層衝突避免）的新係統，可避免總線上的數據衝突。在 PLCA 下，由節點0（協調器）發送2.0µs信標同步網絡中的各個節點。然後，節點0獲得傳輸機會。如果沒有傳輸數據，則在默認標準 3.2 微秒內將機會傳遞給節點 1。如(ru)此(ci)循(xun)環(huan)往(wang)複(fu)，每(mei)個(ge)節(jie)點(dian)依(yi)次(ci)獲(huo)得(de)一(yi)次(ci)發(fa)送(song)機(ji)會(hui)。循(xun)環(huan)結(jie)束(shu)後(hou)
，協(xie)調(tiao)器(qi)發(fa)出(chu)信(xin)標(biao)信(xin)號(hao)，新(xin)的(de)循(xun)環(huan)開(kai)始(shi)。如(ru)果(guo)某(mou)個(ge)節(jie)點(dian)試(shi)圖(tu)傳(chuan)輸(shu)的(de)數(shu)據(ju)超(chao)過(guo)允(yun)許(xu)的(de)幀(zhen)大(da)小(xiao)
，那(na)麼(me) "jabber "功能就會中斷傳輸並將傳輸機會傳遞給下一個節點，從而確保總線不會被阻塞。

通過使用PLCA，最壞情況下的媒體訪問延遲可以通過當前節點數量與最大網絡幀大小的乘積來計算
，這是可以調整的。

許多工業應用都處於惡劣的電磁環境中，開關設備

、電機和其他大型設備會產生輻射和傳導噪聲。盡管使用的是非屏蔽雙絞線，但與現有的以太網協議相比，10BASE-T1S提供了出色的電磁兼容性（EMC）性能。

這部分歸功於 PLCA 的應用。由於總線已知是無衝突的，當環境中存在高水平噪聲時，物理層接收器能夠使用複雜的算法來檢測或恢複信號。

安森美的以太網控製器：增強連接性

隨著 10BASE-T1S 協議的推出，新器件針對 10BASE-T1S 進行了優化，使設計人員能夠充分利用新特性。例如，安森美的 NCN26010 是一款符合 IEEE 802.3cg 標準的以太網收發器，它集成了媒體訪問控製器 (MAC)、PLCA 調和子層 (PLCA-RS) 和適用於工業多點以太網的 10BASE-T1S 物理層。該器件內置了通過單根非屏蔽雙絞線收發數據所需的所有物理層功能。

圖2——NCN26010基本框圖

，標示了外部元器件

盡管集成了MAC、PLCA和PHY（包括TX+RX）

，該器件卻可封裝在一個小巧的4mm x 4mm QFN32封裝內，並且僅需單一的3.3V電源供電。其時序是由外部25MHz晶體振蕩器或外部25MHz時鍾源驅動。與主機的通信則通過Open Alliance定義的OA SPI接口進行。

此外

，NCN26010 還具有增強抗噪（ENI）功能
，可將抗噪能力提高到高於 10BASE-T1S 規範要求的水平。這大大提高了嘈雜工業環境中的網絡性能。

安森美於 2024 年 4 月發布了專為工業以太網設計的 NCN26000 10BASE-T1S 以太網收發器 (PHY)。它與早期的 NCN26010 有很多相同之處，包括符合 IEEE802.3cg 標準，可通過 SPE 實現多點
、半雙工 10 Mb/s 數據傳輸速率。

圖 3 - NCN26000 詳細內部框圖

這兩款器件的主要區別在於，NCN26000 在一個 5mm x 5mm QFN 封裝中僅包含 PLCA-RS 和 PHY（TX + RX）。NCN26000 還需要 3.3 V 電源和 25MHz 外部時鍾。

NCN26000具有符合IEEE802.3標準的媒體獨立接口（MII），能夠連接至任何具有CRS和COL引腳的CSMA/CD半雙工功能的MAC

，MII 還可用於配置和監測器件（稱為 MDIO）。

這兩款器件都集成了安森美的 ENI 功能
，可顯著提高 10BASE-T1S 多點應用在電噪聲環境中的性能。在實驗室進行測試時，這兩款器件輕鬆超過了 25 米內 8 個節點的最低要求。事實上，進一步的測試表明，ENI 可在 25 米處支持約 40 個節點
，在 50 米處支持 16 個節點，在 60 米處支持 6 個節點
，輕鬆超過了 IEEE 規範的要求。

應用和部署場景

10BASE-T1S 不僅具有確定性工作的特點
，其基於非屏蔽單對以太網（SPE）線纜，部署成本相對較低。10BASE-T1S 的(de)更(geng)低(di)成(cheng)本(ben)和(he)更(geng)簡(jian)單(dan)的(de)集(ji)成(cheng)有(you)助(zhu)於(yu)為(wei)以(yi)前(qian)受(shou)預(yu)算(suan)或(huo)封(feng)裝(zhuang)限(xian)製(zhi)的(de)應(ying)用(yong)帶(dai)來(lai)廣(guang)泛(fan)的(de)可(ke)能(neng)性(xing)。其(qi)中(zhong)一(yi)個(ge)例(li)子(zi)是(shi)，在(zai)複(fu)雜(za)的(de)工(gong)業(ye)自(zi)動(dong)化(hua)中(zhong)，通(tong)過(guo)將(jiang)以(yi)前(qian)獨(du)立(li)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)節(jie)點(dian)進(jin)行(xing)升(sheng)級(ji)
，連(lian)接(jie)到(dao)集(ji)中(zhong)的(de)網(wang)絡(luo)係(xi)統(tong)。以(yi)前(qian)可(ke)用(yong)的(de)連(lian)接(jie)方(fang)法(fa)可(ke)能(neng)過(guo)於(yu)昂(ang)貴(gui)或(huo)難(nan)以(yi)集(ji)成(cheng)，而(er) 10BASE-T1S 則克服了這些障礙。在新的機器人或自動化解決方案的設計過程中，也會遇到類似的成本和封裝挑戰，10BASE-T1S 可以再次幫助實現更高的互連性

，而不會影響性能或增加預算。

隨著樓宇自動化領域的不斷發展

，10BASE-T1S 可用於控製麵板、人機界麵 (HMI)
、傳感器

、執行器和照明等應用，為整個樓宇提供高速可靠的主幹網。

在工業應用中，性能和成本很重要

，而抗噪聲能力則尤為重要。在這裏，10BASE-T1S 可用於連接從控製櫃到可編程邏輯控製器 (PLC)
、傳感器、接觸器和其他任何適當配備 10BASE-T1S 接口的器件。

結論

zhidaozuijin，youyubianyuanshebeichangyongdegezhongxieyixianghuzhijianbujianrong
，zidonghuagongchangdewangluoxuyaozaibianyuanshebeihezhuyitaiwangwangluozhijiananzhuangxuduowangguan。tongchangqingkuangxia，zhexiexianchangzongxianxieyibaokuo HART
、RS-485、Mod-bus
、DeviceNet、Profi-Bus 和 CAN
，每種協議都需要各自的網關。這就增加了成本和複雜性，尤其是每個網關都需要軟件更新和維護。

隨著 10BASE-T1S 的出現，工業網絡得以簡化
，同時性能也得到了提高。不再需要網關的存在，邊緣連接也從低於 1Mb/s 的現場總線協議轉變為10Mb/s 的確定性以太網。

安森美擁有一係列適用於新協議的產品，其中包括兩款符合 IEEE 802.3cg 標準的控製器。憑借其獨特的 ENI 功能

，它們能夠成功地部署在噪音最大的環境中，甚至可以在 25 米的線路上連接多達 40 個節點
，是標準要求的四倍。