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Single Pair Ethernet

Schnittstellen-IC ermöglicht 1,7 km lange Kabel

07. Oktober 2020, 13:00 Uhr   |  WEKA FACHMEDIEN, Newsdesk

Schnittstellen-IC ermöglicht 1,7 km lange Kabel
© Texas Instruments

10 Mbit/s über 1,7 km mit nur einem verdrillten Adernpaar ermöglicht der neue Schnittstellen-IC DP83TD510E von Texas Instruments nach dem 10BASE-T1L-Standard IEEE 802.3.cg.

Mit einem neuen Ethernet-PHY-IC für Single Pair Ethernet (SPE) ermöglicht Texas Instruments die Datenübertragung über große Distanzen. Mit ihm soll es möglich sein vorhandene Zweidrahtleitungen für Ethernet zu nutzen.

Der neue Ethernet-PHY-IC (Physical Layer) DP83TD510E (Bild 1) von Texas Instruments kann auf einem einzigen verdrillten Adernpaar (Twisted-Pair) Signale mit 10 Mbit/s über eine Strecke von bis zu 1,7 km übertragen. Damit übertrifft der IC die Mindestanforderung von 200 m, wie sie in der 10BASE-T1L Single-Pair-Ethernet-Spezifikation 802.3cg des IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) vorgegeben ist, um 1.500 m. Diese erweiterte Übertragungsdistanz hilft beim Ausbau industrieller Kommunikationsnetze, ohne das Gewicht oder die Verkabelungskosten zu erhöhen.

Hohe Datenrate und große Distanz

Mit der Komplexität von Fabrik- und Gebäudeautomatisierungsanwendungen wächst auch die Notwendigkeit, größere Datenmengen von und nach den Knoten an den Außengrenzen des Netzwerks zu übertragen. Von der Fähigkeit zum direkten Zugriff auf Edge-Node-Anwendungen können die Steuerung und die Zustandsüberwachung profitieren, und auch der Datenaustausch zwischen vernetzten Systemen gestaltet sich rationeller.

Derzeitige Lösungen zur Anbindung von Edge-Knoten nutzen oftmals ein fragmentiertes System aus mehreren Feldbus-Protokollen, das durch Protokollwandler in den Netzwerk-Gateways unterstützt wird. Das Zusammenfügen von Netzwerken per Protokollumsetzung treibt jedoch die Komplexität und die Kosten in die Höhe und schränkt nicht zuletzt die Fähigkeit zur Fernüberwachung von Edge-Node-Applikationen ein.

Ethernet-PHY-IC DP83TD510E von TI
© Texas Instruments

Bild 1. Der Ethernet-PHY-IC DP83TD510E von Texas Instruments ermöglicht eine Single-Pair-Ethernet-Verbindung über 1,7 km Leitungslänge.

Beschaltung des DP83TD510E von TI für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen.
© Texas Instruments

Bild 2. Für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen erlaubt der DP83TD510E eine externe Beschaltung zur Begrenzung des Eigangsstromes.

Der DP83TD510E nun unterstützt bei der Implementierung eines einheitlichen Kommunikations-Netzwerks, das von der Steuerung bis zum Edge-Knoten reicht und die Vollduplex-Datenübertragung über ein einziges verdrilltes Adernpaar ermöglicht. Da somit auf die Verwendung zusätzlicher Protokolle, Gateways und Kabel für eine breitbandigere Kommunikation verzichtet werden kann, lässt sich nicht nur das Netzwerkmanagement vereinfachen, sondern auch die Steuerungseigenschaften und Interoperabilität in Einsatzszenarien mit langen Distanzen verbessern. Anwendungsbeispiele sind die Steuerung von Ventilen und Aktoren in HLK-Anlagen, Aufzugsteuerungen und Brandmeldezentralen.

Durch das Aufrüsten von Zweidraht-Feldbussen wie 4-20-mA-Stromschleifen auf Single Pair Ethernet, lassen sich ein Netzwerk weiter rationalisieren und die Installationskosten senken, indem die bestehende Zweidraht-Feldbus-Infrastruktur für die Stromversorgung und Datenübertragung genutzt wird.

Ethernet und Single-Pair-Ethernet

Bild 3. Standard-Ethernet nutzt getrennte Leitungen zum Senden und Empfangen.
Bild 4. Der Standard Single-Pair-Ethernet überträgt Daten mit bis zu 10 Mbit/s in beide Richtungen über eine verdrillte 2-Draht-Leitung.
Bild 5. Zur Versorgung von Endgeräten kann beim Single-Pair-Ethernet-Standard eine Gleichspannung in die Datenleitung eingespeist werden (PoDL: Power over Data Line).

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Ethernet-Netzwerke in eigensicheren Systemen

Der DP83TD510E ist für die Verwendung in eigensicheren Ethernet-APL-Systemen (Advanced Physical Layer) ausgelegt. Ethernet-APL ist eine Ethernet-Spezifikation auf Basis des 10BASE-T1L-Standards IEEE 802.3.cg und wurde mit der Zielsetzung entwickelt, die Implementierung von Ethernet-Netzwerken in der Prozessautomatisierung mit der Forderung nach Eigensicherheit rationeller zu gestalten.

Ein wichtiger Aspekt bei eigensicheren Ethernet-APL-Systemen – und hier insbesondere bei Systemen für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen – ist die Fähigkeit zur Absenkung des Leistungsniveaus und der Temperatur der Ethernet-PHYs bei Störungen im System. Der DP83TD510E erlaubt den Einsatz externer Abschlusswiderstände (Bild 2), um den Eingangsstrom zu reduzieren und um so niedrigere Betriebstemperaturen einzuhalten, wenn er in der Prozessautomatisierung mit großen Übertragungsstrecken eingesetzt wird.

Abgesehen davon, dass er Entwicklern bei der einfacheren Erfüllung der Eigensicherheitsanforderungen hilft, sorgt die äußerst geringe Leistungsaufnahme des DP83TD510E von unter 45 mW am 1-V-Punkt für zusätzliche Leistungsreserven, die für andere kritische Schaltungen genutzt werden können.

Datenblatt DP83TD510E

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