隨著數(shù)字化更深地融入我們生活的方方面面，不同設(shè)備和機(jī)器之間持續(xù)交換的數(shù)據(jù)量也在不斷增加。特別是在工業(yè)領(lǐng)域，傳統(tǒng)的通信技術(shù)開始達(dá)到極限，而以太網(wǎng)（本例中為工業(yè)以太網(wǎng)）開始成為新的標(biāo)準(zhǔn)。借助以太網(wǎng)，可以在長達(dá)100米的距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)千兆級的較高數(shù)據(jù)速率，如果使用光纖電纜，甚至能達(dá)到幾千米。

以太網(wǎng)是IEEE 802.3中規(guī)定的一種接口規(guī)范。以太網(wǎng)物理(PHY)層是IEEE 802.3的其中一個(gè)元素。它是一種收發(fā)器組件，用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)或以太網(wǎng)幀。在OSI模型中，以太網(wǎng)覆蓋第1層（物理層）和第2層（數(shù)據(jù)鏈路層）的一部分。

物理層指定電信號類型、信號速率、介質(zhì)和連接器類型以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。以太網(wǎng)PHY可以映射到該層中，如表1所示。

表1. OSI模型

PHY構(gòu)成物理接口，負(fù)責(zé)對純數(shù)字系統(tǒng)和信號傳輸介質(zhì)之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行編碼和解碼。因此，它代表著接口的數(shù)字連接層和電子連接層之間的橋梁。

數(shù)據(jù)鏈路層定義在介質(zhì)上進(jìn)行通信的方式，以及傳輸和接收消息的幀結(jié)構(gòu)。這意味著，它定義著如何排列來自線路的位來從位流中提取數(shù)據(jù)。在以太網(wǎng)中，這稱為介質(zhì)訪問控制(MAC)，它緊鄰著PHY，但在數(shù)據(jù)鏈路層中。MAC通常會(huì)集成到控制器或開關(guān)中。

PHY可以是分立元件，也可以集成到以太網(wǎng)控制器中。圖1的簡化框圖中顯示了所需的以太網(wǎng)組件和分立式PHY。

圖1. 以太網(wǎng)連接的簡化框圖。

如果設(shè)計(jì)必須采用分立式PHY，那么在選擇PHY時(shí)應(yīng)牢記幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。

選擇工業(yè)PHY時(shí)應(yīng)考慮的幾個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)

在工業(yè)應(yīng)用中，數(shù)據(jù)傳輸和網(wǎng)絡(luò)必須能夠在較寬的溫度范圍內(nèi)保持高度可靠性并具有故障安全功能。所有組件均需如此。

網(wǎng)絡(luò)周期時(shí)間

網(wǎng)絡(luò)周期時(shí)間是控制器收集和更新所連器件的數(shù)據(jù)所需的時(shí)間。具有低延遲的PHY可以縮短網(wǎng)絡(luò)周期時(shí)間，從而改善網(wǎng)絡(luò)更新時(shí)間，對于時(shí)間關(guān)鍵型應(yīng)用，這一點(diǎn)至關(guān)重要。這樣一來，便可以將更多器件連接到網(wǎng)絡(luò)。

抗干擾能力/穩(wěn)健性

工業(yè)應(yīng)用中的工作環(huán)境通常都很惡劣。PHY會(huì)直接連接至或通過小型磁性元件連接至電纜，這些連接可能帶來干擾（輻射或傳導(dǎo)），所以PHY必須要能夠耐受常見的外部條件。

CISPR 32、IEC 61000-4-2至IEC 61000-4-6等EMC標(biāo)準(zhǔn)可以作為衡量PHY規(guī)范的基準(zhǔn)?？煽康腜HY有助于通過認(rèn)證，以及避免通常較為繁瑣的重新設(shè)計(jì)工作。

損耗和溫度范圍

用于工業(yè)應(yīng)用的器件通常采用IP65/IP66等級的防塵和防潮保護(hù)，這限制了用于冷卻電子器件的氣流。同時(shí)，工業(yè)應(yīng)用中的器件常常需要承受高溫環(huán)境。此外，在線形和環(huán)形拓?fù)渲?，通常需要使用兩個(gè)以太網(wǎng)連接，因此也就需要兩個(gè)PHY，這使得與數(shù)據(jù)輸入和輸出相關(guān)的PHY損耗翻倍。所以，應(yīng)選擇具有低損耗的PHY，以更大限度地降低器件的自發(fā)熱。