ICM پالس الکترونیک به سنگ بنای شبکه های صنعتی گیگابیتی تبدیل شده است

شبکه‌های صنعتی می‌توانند تجهیزات کارگاهی کارخانه را کنترل کنند، داده‌ها و تصاویر را به مانیتورهای راه دور منتقل کنند و به ارتباطات و انتقال داده‌ها به صورت محلی و از راه دور یکپارچه دست یابند. در طول سال‌ها، فناوری اترنت مورد استفاده در این شبکه از سیستم‌های 10BASE-T با قابلیت انتقال 10 مگابیت بر ثانیه به شبکه‌های انتقال سیمی اترنت و بی‌سیم 5G با قابلیت پشتیبانی تا 400 گیگابیت بر ثانیه تکامل یافته است. این پیشرفت به اجزای شبکه متکی است که دستگاه ها را از طریق کابل های اترنت به یک شبکه محلی (LAN) متصل می کند تا انتقال سیگنال را بهبود بخشد و جریان داده را مدیریت کند.

طراحان می‌توانند دستگاه‌های شبکه صنعتی جداگانه را انتخاب کنند یا بهترین اجزا را در محصولاتی که به آسانی قابل استقرار هستند ترکیب کنند. درک گزینه های مختلف اولین قدم در پیاده سازی یک شبکه صنعتی آینده گرا است.

مولفه هایی برای دستیابی به اتصال صنعتی
در شبکه های صنعتی، هر دستگاه حاوی یک لایه فیزیکی (PHY) است که یک تراشه اترنت است که در برد مدار چاپی آن (PCB) تعبیه شده است. PHY ارتباطات دو طرفه بین دستگاه ها را مدیریت می کند.

داده هایی که از دستگاه خارج می شوند معمولاً از طریق رسانه های فیزیکی مانند کابل های اترنت منتقل می شوند. کابل و PHY به طور مشترک سرعت انتقال داده را تعیین می کنند. اکثر دستگاه های جدید حداقل از 1000BASE-T اترنت پشتیبانی می کنند، به این معنی که دستگاه ها می توانند داده ها را با سرعت 1000 مگابیت در ثانیه (یا 1 گیگابیت بر ثانیه) از طریق خطوط داده متشکل از چندین کابل جفت تابیده ارسال یا دریافت کنند.

ماژول اتصال یکپارچه (ICM) بین PHY و رسانه انتقال قرار دارد و امکان ارتباط موثر بین این دو را فراهم می کند. ICM باید یک رابط مرتبط با رسانه (MDI) مانند یک جک اترنت استاندارد RJ45 برای قرار دادن کابل ها ارائه کند. ICM همچنین باید با امپدانس PHY و کابل مطابقت داشته باشد و برای محافظت از اتصال در برابر نویزها، حلقه‌های زمین و نویز سیگنال، عایق الکتریکی ایجاد کند و در نهایت سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) را در سیستم تضمین کند.

ترانسفورماتور داخلی 1:1 IMC همچنین برای جداسازی بایاس جریان مستقیم (DC) مورد استفاده برای عملکرد PHY از بایاس DC مورد استفاده برای انتقال داده یا برق به دستگاه های متصل از طریق فناوری Power over Ethernet (PoE) استفاده خواهد شد.

ICM با اطمینان از بایاس DC بین دو کابل جفت پیچ خورده که برای انتقال داده یا بین دو کابل جفت تابیده استفاده نشده در کابل های اترنت استفاده می شود، PoE را مدیریت می کند. PoE می تواند به طور قابل توجهی سیم کشی برنامه های کارگاهی کارخانه را ساده کند، اما انتخاب دقیق کابل ها، ICM ها و سایر اجزای شبکه باید برای اطمینان از حداقل EMI انجام شود.

نقش PoE را بازی کنید
برای پیاده سازی PoE در محیط های صنعتی، مهندسان نیاز به استفاده از ترانسفورماتورهای LAN مانند سری TCxG ترانسفورماتور PulseChip LAN Pulse Electronics دارند (شکل 1). این دستگاه ها می توانند داده ها را با نرخ های باند پایه 1 گیگابیت بر ثانیه، 2.5 گیگابیت بر ثانیه، 5 گیگابیت بر ثانیه یا 10 گیگابیت بر ثانیه و همچنین توان 0 تا 90 وات DC از طریق چهار جفت کابل جفت تابیده منتقل کنند.

ترانسفورماتورهای LAN سری PulseChip TCxG از Pulse Electronics
شکل 1: ترانسفورماتورهای LAN سری TCxG PulseChip که با چوک های مغناطیسی جفت شده اند می توانند نویز سیگنال را کاهش دهند و 0 وات تا 90 وات DC PoE و تا 10 گیگابیت بر ثانیه سرعت داده را ارائه دهند. (منبع تصویر: پالس الکترونیک)

ترانسفورماتورهای هسته آهنی دستگاه نصب سطحی (SMD) دارای قابلیت ایزولاسیون الکتریکی 1500 VRMS برای کاهش نویز و EMI هستند. سری TCxG نیازمندی‌های الکتریکی برای تجهیزات ارتباطی اترنت و Wi-Fi را در مؤسسه مهندسین برق و الکترونیک (IEEE) 802.3 برآورده می‌کند یا از آن فراتر می‌رود، به‌ویژه الزامات انتقال اترنت 1G، 2.5G، 5G، و 10GBASE-T، و همچنین الزامات IEEE36 Poo 802.

ترانسفورماتور شبکه سری TCxG از هسته های مغناطیسی با مشخصات 1812 (4732) استفاده می کند و طراحی آن با طرح PCB استاندارد شش پد سازگار است. سری TCxG00P قابلیت مدیریت PoE 60 وات را در بسته بندی 0.25 ± 4.70 میلی متر در 3.20 میلی متر به دست می آورد. ترانسفورماتور سری TCxG001P می تواند توان 90 وات را انتقال دهد و در بسته بندی 0.25 ± 4.60 میلی متر x 3.40 میلی متر به طور خاص برای طرح های هسته مغناطیسی کوچک طراحی شده است. با این حال، مهندسان پالس الکترونیک توصیه می کنند فضای اضافی در سمت کابل ترانسفورماتور برای کاهش افزایش دما در توان بالا باقی بماند. دمای کار این ترانسفورماتور 40- درجه سانتیگراد تا 85+ درجه سانتیگراد می باشد که با احتساب افزایش دما ناشی از خود گرمایش اجزا می باشد.

هر دو طرح دارای تلفات درج کمتر از -1 دسی بل در فرکانس تا 200 مگاهرتز هستند. برای کاهش بیشتر تلفات سیگنال، ترانسفورماتورهای سری TCxG به طور خاص برای استفاده با چوک های مغناطیسی SMT، مانند سری PE-0805GCMC پالس الکترونیک طراحی شده اند. این کویل‌های خفه‌کننده به فیلتر کردن نویز الکترونیکی در سیگنال‌ها کمک می‌کنند و همراه با ترانسفورماتورهای LAN در نرخ داده برای اطمینان از تطابق امپدانس استفاده می‌شوند. این چوک ها برای هسته های مغناطیسی کوچکتر 0805 (2012) (2.00 میلی متر در 1.2 میلی متر) مناسب هستند و به دلیل عدم وجود محدودیت های قطبیت می توانند به طور انعطاف پذیر در طراحی PCB قرار گیرند.

ترانسفورماتور TCxG و چوک جفت آن از یک طراحی ماژولار انعطاف‌پذیر همراه با پشتیبانی از عملکرد منبع تغذیه PoE استفاده می‌کنند که آن را به گزینه‌ای ایده‌آل برای برنامه‌هایی مانند رابط انسان و ماشین (HMI)، سوئیچ‌های اترنت LAN صنعتی، روترها و سرورها، و همچنین نقاط دسترسی بی‌سیم 5G و Wi-Fi (WAP) تبدیل می‌کند.

ترکیب اتصال با ICM
اگرچه تعیین ترانسفورماتورهای LAN و چوک های مغناطیسی به طور جداگانه دارای انعطاف پذیری است، بسیاری از برنامه ها به راه حل های یکپارچه نیاز دارند. ICM ترانسفورماتورهای LAN را با چوک های مغناطیسی و سوکت های RJ45 برای دوشاخه کابل اترنت ادغام می کند، در حالی که سازگاری با تراشه های معمولی PHY را حفظ می کند.

در ICM اترنت سری Pulsejack JXT7 Pulse Electronics (شکل 2)، این مؤلفه‌ها با هم کار می‌کنند تا نرخ داده‌ای تا 10 گیگابیت بر ثانیه مشخص شده توسط IEEE 802.3an یا عملکرد چند نرخی 2.5 گیگابیت بر ثانیه و 5 گیگابیت بر ثانیه طبق IEEE 802 تعیین شده است. این سری همچنین می تواند تا 140 وات برق DC را همانطور که توسط IEEE 802.3bt مشخص شده از طریق کابل های جفت تابیده بدون محافظ (UTP) با طول 100 فوت (مانند کابل های Cat5e یا Cat6) ارائه دهد.

ICM سری Pulsejack JXT7 از Pulse Electronics
شکل 2: ICM سری Pulsejack JXT7 ترانسفورماتورهای LAN، چوک های مغناطیسی و سوکت های RJ45 را ترکیب می کند و از نرخ انتقال داده 1 گیگابیت بر ثانیه تا 10 گیگابیت بر ثانیه و حداکثر 140 وات DC PoE پشتیبانی می کند. این در بسته بندی SMD محکم و بادوام بسته بندی شده است که آن را به گزینه ای ایده آل برای WAP تبدیل می کند. (منبع تصویر: پالس الکترونیک)

ابعاد کلی JXT7 ICM 34.29 میلی متر عمق، 16.51 میلی متر عرض و 13.33 میلی متر ارتفاع است. طراحی حفره بزرگ‌تری برای مقابله با گرمای بیش از حد احتمالی تحت سطوح توان بالا و جریان‌های تا 1.3 آمپر دارد. این سری دارای یک طراحی محافظ الکترومغناطیسی جامع، از جمله صفحات فنری EMI بالا و پایین، و همچنین صفحات زمین اضافی است. JXT7 ICM محکم و بادوام است و برای کاربردهای صنعتی و فضای باز در محدوده دمایی -40 درجه سانتیگراد تا +85 درجه سانتیگراد مناسب است.

ساخت شبکه را به سطح جدیدی ارتقا دهید
ICM یک جزء کلیدی برای اتصال دستگاه‌های جداگانه به شبکه‌های اترنت صنعتی است، اما ساخت این شبکه به سوئیچ‌ها، روترها و آنتن‌هایی نیاز دارد که بتوانند با نرخ انتقال داده دستگاه‌ها مطابقت داشته باشند. به منظور حفظ استفاده از فضای کارگاهی کارخانه که با فناوری ICM فشرده و PoE به دست آمده است، این دستگاه های شبکه باید با طرح PCB موجود سازگار شوند.

یکی از روش‌های دستیابی به این میزان بهره‌برداری، استفاده از آرایه شبکه توپ (BGA) است که می‌تواند به بسته‌بندی با چگالی بالا قطعات شبکه در دستگاه‌های SMD دست یابد. ماژول LAN اترنت 1 گیگابایتی SMD BGA Pulse Electronics (شکل 3) از اتصالات اترنت از 10BASE-T تا 1000BASE-T پشتیبانی می کند، در حالی که حداکثر 70 وات DC PoE را در تراکم کمتر از 140 میلی متر مربع در هر پورت ارائه می دهد.

ماژول LAN اترنت 1 گیگابایتی SMD BGA Pulse Electronics
شکل 3: ماژول LAN اترنت 1 گیگابایتی SMD BGA Pulse Electronics یک سوئیچ شبکه قابل ارتقا است که از PoE پیشرفته پشتیبانی می کند و در عین حال از سرعت انتقال داده تا 1 گیگابیت بر ثانیه نیز پشتیبانی می کند. (منبع تصویر: پالس الکترونیک)

این واحدها را می‌توان در مکان‌هایی نصب کرد که از اجزای قدیمی‌تر با نرخ داده کمتر یا توان کمتر پشتیبانی می‌کنند، و می‌توانند در فضای پشت یک کانکتور 2xN با دو ردیف پورت، که هر ردیف شامل یک تا هشت پورت است، نصب شود. دمای عملیاتی ماژول های طراحی شده برای محیط های صنعتی -40 درجه سانتی گراد تا 80+ درجه سانتی گراد است.

این ماژول‌های با چگالی بالا از افزودن آنتن‌های 5G برای ارتباطات ویدیویی بی‌سیم نیز پشتیبانی می‌کنند. راه حل های آنتن برنامه 5G مانند آنتن پالس الکترونیک (شکل 4) را می توان در داخل دستگاه ها روی PCB ها یا بردهای مدار انعطاف پذیر (FPC) یا به صورت خارجی از طریق سخت افزار یا آهنربا نصب کرد. انتخاب آنتن ها به سرعت و پهنای باند مورد نیاز انتقال داده، فاصله تا گیرنده و موانع یا عوامل تداخلی در حین انتقال داده بستگی دارد.

این آنتن ها از انتقال 5G در محدوده فرکانس متوسط ​​تا پایین بین 617 مگاهرتز و 7125 مگاهرتز پشتیبانی می کنند. در این باند فرکانس، داده‌ها را می‌توان از حسگرها به دستگاه‌های هوشمند با سرعت داده بالا و تأخیر کم منتقل کرد.