Composants essentiels pour la conception d'applications Single Pair Ethernet

Le marché mondial de l'Internet industriel des objets (IIoT) devrait connaître une croissance annuelle à deux chiffres pour atteindre 59,6 milliards d'USD d'ici à 2029 alors que les fabricants et les fournisseurs de solutions cherchent à connecter de plus en plus de machines et de capteurs à Internet pour une plus grande automatisation, une surveillance en temps réel et la collecte de données. La technologie Single Pair Ethernet (SPE) offre aux concepteurs de produits de nouvelles opportunités d'exploiter cette demande pour des applications telles que les capteurs, les actionneurs, les écrans, les contrôleurs, les passerelles et les commutateurs.

Le groupe de travail qui a développé la norme IEEE 802.3cg pour SPE 10 Mb/s s'est attaché à combler le « fossé Ethernet » en périphérie dans les réseaux industriels. C'est là que les bus de terrain non-Ethernet dominent les connexions des réseaux d'automatisation, car ils sont généralement plus économiques et plus simples à installer, moins sensibles au bruit et plus faciles à utiliser pour la transmission de l'alimentation sur le réseau, entre autres facteurs.

Contrairement à l'Ethernet traditionnel, qui utilise quatre paires de conducteurs torsadés, la technologie SPE utilise une seule paire pour transmettre des données à 10 Mbps sur des distances jusqu'à 1000 mètres pour les applications industrielles utilisant 10Base-T1L. SPE peut être combiné à la technologie Single Pair Power over Ethernet (SPoE) pour simultanément alimenter des dispositifs IIoT et transmettre des données vers et depuis ces derniers.

Les technologies SPE et SPoE apportent à l'automatisation industrielle les avantages d'une couche physique (PHY) commune, de cartes réseau (NIC) standardisées et d'une plus grande flexibilité pour les fournisseurs qui développent des dispositifs pour interagir et communiquer via Ethernet. La possibilité de transmettre à la fois alimentation et données sur des distances plus longues permet de communiquer plus facilement avec les dispositifs et de réduire le recours à des batteries dans les capteurs et autres dispositifs.

La technologie SPE offre aux concepteurs de solutions et aux clients des avantages tels que la réduction du poids et du coût du câblage, la compatibilité avec l'infrastructure Ethernet existante et une plus grande flexibilité dans l'extension de cette technologie conforme aux normes de l'industrie. Les défis de conception d'applications SPE incluent la résolution des problèmes d'interférences électromagnétiques, d'intégrité des signaux, de distribution de puissance et de gestion thermique.

Composants requis pour les applications SPE

La conception d'applications SPE 10Base-T1L requiert une combinaison de composants pour garantir l'intégrité de l'alimentation et des données, l'isolation et le filtrage du bruit, notamment des selfs de mode commun (CMC), des inductances en mode différentiel (DMI) et des inductances couplées isolées. TDK est le premier fournisseur à proposer toutes les inductances nécessaires pour implémenter la technologie SPE industrielle avec et sans transmission d'alimentation.

S'ils prévoient d'utiliser 10Base-T1L pour la transmission de données uniquement entre des éléments de commande et de détection ou d'actionnement, les concepteurs peuvent utiliser simplement la self de mode commun, qui filtre le bruit. Le RCM70CGI-471 de TDK (Figure 1) supprime les interférences asymétriques sur les lignes sans affecter les signaux de données. Il fonctionne sur une plage de températures de -40°C à +125°C, avec une tension nominale de 80 VCC.

Figure 1 : Self de mode commun RCM70CGI de TDK pour la suppression des interférences. (Source de l'image : TDK)

Pour les applications PoDL (Power over Data Line), les concepteurs doivent également inclure une inductance en mode différentiel, comme le dispositif PID75-650M de TDK (Figure 2), pour réduire l'impédance et garantir l'intégrité de la transmission d'alimentation. Il présente une valeur d'inductance nominale de 2 x 65 μH et une faible résistance en courant continu, et fonctionne à des températures jusqu'à +150°C.

Figure 2 : L'inductance en mode différentiel PID75-650M de TDK réduit l'impédance et garantit l'intégrité de la transmission d'alimentation. (Source de l'image : TDK)

Dans les implémentations critiques en termes de sécurité et où une isolation galvanique est requise, une inductance couplée isolante doit être ajoutée aux dispositifs CMC et DMI pour empêcher toute circulation de courant indésirable entre les dispositifs. L'ICI70CGI-222 de TDK (Figure 3) présente une inductance nominale de 2,2 mH, une capacité parasite inférieure à 20 pF et une tenue en tension jusqu'à 2250 VCC.

Figure 3 : Inductance d'isolement ICI70CGI. (Source de l'image : TDK)

Conclusion

Les inductances SPE industrielles de TDK permettent aux concepteurs de produits de créer des dispositifs SPE pour les applications dans l'automatisation d'usine, l'immotique, les transports, l'énergie et les soins de santé. Grâce à la prise en charge de protocoles de communication comme IEEE 802.3cg, IEEE 802.3bu et IEEE 802.3bw, les applications SPE peuvent étendre l'infrastructure Ethernet avec une flexibilité supérieure, des coûts de câblage réduits et un poids moindre.