從物聯(lián)網(wǎng)工廠到手術(shù)室：如何設(shè)計(jì)更好的通信系統(tǒng)

工業(yè)4.0的基礎(chǔ)是可靠的通信基礎(chǔ)設(shè)施。決策者通過(guò)基礎(chǔ)設(shè)施從機(jī)器、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和工廠提取數(shù)據(jù)。要保證機(jī)器人和人機(jī)接口的可靠性，先要深入了解底層技術(shù)選項(xiàng)。

工廠車間和手術(shù)室雖然截然不同，但所使用的設(shè)備都必須可靠、精準(zhǔn)地運(yùn)行，這對(duì)于所執(zhí)行的任務(wù)至關(guān)重要。隨著設(shè)備需要更智能的系統(tǒng)、更多數(shù)據(jù)和更高的保真度，它們對(duì)帶寬的需求也不斷增加。與此同時(shí)，速度更快的通信接口必須在抵抗環(huán)境危害和電磁兼容性(EMC)的同時(shí)，提供同等的可靠性和安全性。EMC是指系統(tǒng)能夠在其操作環(huán)境中發(fā)揮預(yù)期作用，不生成電噪聲，也不被電噪聲過(guò)度影響。

機(jī)器人和機(jī)器視覺(jué)

視覺(jué)引導(dǎo)機(jī)器人可以在高價(jià)值制造環(huán)境中提供更高的靈活性和更高的生產(chǎn)可靠性。如果沒(méi)有視覺(jué)引導(dǎo)，機(jī)器人只能重復(fù)執(zhí)行同樣的任務(wù)，直到被重新編程。有了機(jī)器視覺(jué)，機(jī)器人可以執(zhí)行更加智能的任務(wù)，例如，在生產(chǎn)線中，可掃描傳送帶上的缺陷產(chǎn)品，并由經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)的機(jī)器人撿取缺陷產(chǎn)品，如圖1所示。在危險(xiǎn)性EMC環(huán)境（例如工廠自動(dòng)化）中，視覺(jué)/機(jī)器人接口的可靠性和有效性由所選的有線傳輸技術(shù)決定。有多種方式可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器視覺(jué)攝像機(jī)接口，包括USB 2.0、USB 3.0、Camera Link，或千兆以太網(wǎng)。

表1對(duì)比了USB、以太網(wǎng)和Camera Link標(biāo)準(zhǔn)的幾大關(guān)鍵指標(biāo)。工業(yè)以太網(wǎng)具有多種優(yōu)勢(shì)，采用2對(duì)100BASE-TX和4對(duì)1000BASE-T1標(biāo)準(zhǔn)的線纜最長(zhǎng)可達(dá)100米，采用新推出的10BASE-T1L標(biāo)準(zhǔn)的單條雙絞線最長(zhǎng)可達(dá)1 km，且EMC性能較高。使用USB 2.0或USB 3.0的線纜不超過(guò)5米，除非使用專門的有源USB電纜，且需要使用保護(hù)二極管和濾波器來(lái)提高EMC性能。但是，隨著工業(yè)控制器普遍采用USB端口，且?guī)捵罡哌_(dá)到5 Gbps，這為設(shè)計(jì)人員提供了一些優(yōu)勢(shì)。

圖1 攝像機(jī)機(jī)器視覺(jué)和機(jī)器人——以太網(wǎng)、USB或Camera Link接口

Camera Link要求工業(yè)控制器配備專用的幀捕獲器硬件。USB或以太網(wǎng)無(wú)需工業(yè)控制器配備額外的幀捕獲器卡。Camera Link這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)最早出現(xiàn)于2000年末，是機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)最常用的接口。如今，基于USB和以太網(wǎng)的機(jī)器視覺(jué)攝像機(jī)的使用更加廣泛，但是，需要對(duì)多個(gè)攝像機(jī)實(shí)施預(yù)先處理的應(yīng)用仍在使用Camera Link和幀捕獲器，以降低主CPU負(fù)載。與千兆以太網(wǎng)相比，即使在基本速度下，Camera Link標(biāo)準(zhǔn)輸出的數(shù)據(jù)量也多達(dá)其兩倍，且輸出距離更短。Camera Link物理層基于低壓差模信號(hào)(LVDS)，由于與每條線路耦合的共模噪聲都會(huì)在接收器端有效消除，因此本身具有EMC魯棒性。LVDS物理層的EMC魯棒性可通過(guò)電磁隔離進(jìn)行改善。

通過(guò)在攝像機(jī)和機(jī)器人鏈接上使用以太網(wǎng)，以及采用IEEE 802.1時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)(TSN)交換機(jī)的工業(yè)控制器，可以最大限度地實(shí)現(xiàn)工業(yè)攝像機(jī)和機(jī)器人操作同步。TSN定義了交換式以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中用于時(shí)間控制數(shù)據(jù)路由的第一個(gè)IEEE標(biāo)準(zhǔn)。ADI提供全套以太網(wǎng)技術(shù)，包括物理層收發(fā)器和TSN交換機(jī)，以及系統(tǒng)級(jí)解決方案、軟件和安全功能。

表1 機(jī)器視覺(jué)攝像機(jī)的通信接口標(biāo)準(zhǔn)

人機(jī)接口(HMI)

人機(jī)接口(HMI)常用于通過(guò)人類可讀視覺(jué)表示方式顯示來(lái)自可編程邏輯控制器(PLC)的數(shù)據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)HMI可用于追蹤生產(chǎn)時(shí)間，同時(shí)監(jiān)控關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)(KPI)和機(jī)器輸出。操作員可使用HMI執(zhí)行多項(xiàng)任務(wù)，包括開啟或關(guān)閉交換機(jī)，以及增加或降低過(guò)程中的壓力或速度。HMI通常配備集成式顯示屏；但是，配備外接顯示屏選項(xiàng)的HMI具有多種優(yōu)勢(shì)。采用外部高清多媒體接口(HDMI^?)端口的HMI裝置更小巧，更容易安裝到采用標(biāo)準(zhǔn)DIN電源軌的控制臺(tái)中，也可用于監(jiān)控PLC。

使用HDMI時(shí)，電纜長(zhǎng)度可達(dá)15米，便于路由到觸摸顯示屏和控制室，如圖2所示。在工業(yè)環(huán)境中，在更長(zhǎng)的電纜上擴(kuò)展HDMI具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)镋MC危害會(huì)影響布線。在電機(jī)和泵連接至DIN軌道式PLC時(shí)，HMI上也可能出現(xiàn)間接瞬變過(guò)壓。

要確保系統(tǒng)魯棒性，就需要仔細(xì)選擇接口技術(shù)。隨著工業(yè)以太網(wǎng)迅速發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)（例如CAN或RS-485）變得普及。據(jù)業(yè)內(nèi)消息，全球安裝的RS-485 (PROFIBUS?)節(jié)點(diǎn)已超過(guò)6100萬(wàn)個(gè)，PROFIBUS過(guò)程自動(dòng)化(PA)設(shè)備同比增長(zhǎng)7%。PROFINET（工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)施）安裝基數(shù)為2600萬(wàn)個(gè)節(jié)點(diǎn)，僅2018年安裝的器件數(shù)量就達(dá)到510萬(wàn)。¹如之前所述，利用基于以太網(wǎng)的技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高EMC性能，這是因?yàn)殡姶疟粚懭隝EEE 802.3以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，且必須在每個(gè)節(jié)點(diǎn)使用。RS-485器件可以包含電磁隔離，以提高抗噪聲能力；保護(hù)二極管可以集成在片內(nèi)，或者置于通信PCB上，以提高對(duì)靜電放電和瞬變過(guò)壓的抵抗力。

HMI通常需要抗靜電放電，且利用ESD保護(hù)二極管來(lái)提高信號(hào)魯棒性。對(duì)于工業(yè)HMI，集成增強(qiáng)隔離可保護(hù)操作人員免除電氣危險(xiǎn)。雖然目前提供了面向以太網(wǎng)和RS-485的合理的隔離解決方案，但如今，視頻傳輸主要利用成本高昂的光纖來(lái)隔離，這些光纖支持千兆傳輸速度。ADI公司關(guān)于電磁隔離技術(shù)的最新進(jìn)展（例如ADN4654 / ADN4655 / ADN4656 系列，其數(shù)據(jù)速率可以超過(guò)1 Gbps）為設(shè)計(jì)人員提供了具有競(jìng)爭(zhēng)力，且成本更低的替代解決方案。

圖2 具備以太網(wǎng)和RS-485輸入，以及HDMI輸出的人機(jī)接口(HMI)

內(nèi)窺鏡

外科成像，包括內(nèi)窺鏡在內(nèi)，是一種獨(dú)特的應(yīng)用，必須在提供高保真圖像的同時(shí)確?；颊叩陌踩Ｉ弦淮鷥?nèi)窺鏡設(shè)備被稱為視頻內(nèi)窺鏡，使用一系列玻璃鏡片和一個(gè)光導(dǎo)管將圖像從成像頭傳輸?shù)诫姾神詈掀骷?CCD)傳感器。以可見光為媒介，將來(lái)自患者的圖像傳輸至內(nèi)窺鏡，這種方法可以隔離有害電流，但是，在制造成本和圖像質(zhì)量方面的表現(xiàn)并不理想。²

近期的外科成像設(shè)備通過(guò)轉(zhuǎn)向數(shù)字化來(lái)克服這些挑戰(zhàn)，且從CCD轉(zhuǎn)向CMOS傳感器，后者的尺寸易于擴(kuò)展，且可嵌入攝像機(jī)頭部。使用CMOS攝像機(jī)之后，無(wú)需串行連接多個(gè)鏡頭，且可以改善整體的圖像質(zhì)量。生產(chǎn)成本降低，使得一次性外科內(nèi)窺鏡的使用成為可能，如此則無(wú)需擔(dān)心消毒問(wèn)題。攝像機(jī)進(jìn)一步縮小，使得微創(chuàng)手術(shù)成為可能。³

在轉(zhuǎn)向數(shù)字內(nèi)窺鏡之后，CMOS圖像傳感器（接觸患者）和攝像機(jī)控制器(CCU)之間必須提供高速電子接口。LVDS和可擴(kuò)展低壓信號(hào)(SLVS)層逐漸成為實(shí)現(xiàn)這種互連的常用的物理層，提供高帶寬和相對(duì)較低的功率。⁴這種接口與視頻內(nèi)窺鏡中的接口不同，它目前是電子式的，可能能夠傳輸危險(xiǎn)電流。因?yàn)椴痪邆涔鈱W(xué)介質(zhì)的隔離性，所以該系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，必須保證隔離患者和潛在的有害電流。

圖3 帶CMOS圖像傳感器的數(shù)字內(nèi)窺鏡的電子接口

對(duì)于任何連接主電源的醫(yī)療系統(tǒng)，患者的安全至高無(wú)上。IEC 60601醫(yī)療電氣設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)對(duì)保護(hù)患者(MOPP)免受有害電壓傷害的組件提出了嚴(yán)格要求。要使用高帶寬解決方案?jìng)鬏攬D像數(shù)據(jù)，同時(shí)滿足這些嚴(yán)格的安全要求，這為系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員帶來(lái)了重大挑戰(zhàn)。從CMOS圖像傳感器到內(nèi)窺鏡CCU之間的電子視頻傳輸就是這樣一個(gè)示例，兩者之間需要建立符合安全要求的高速連接。ADI公司的獨(dú)有解決方案在可信的安全壁壘內(nèi)執(zhí)行高帶寬傳輸，以滿足IEC 60601-1標(biāo)準(zhǔn)的要求。

醫(yī)療顯示器

其他醫(yī)療設(shè)備，例如呼吸機(jī)和心電圖(ECG)，都是直接與患者相連，用于呼吸輔助和監(jiān)測(cè)。關(guān)于患者的信息會(huì)顯示在醫(yī)療設(shè)備自帶的圖形顯示器中，便于操作員查看。根據(jù)IEC 60101標(biāo)準(zhǔn)，該醫(yī)療設(shè)備中的顯示器是已知的、可信的且已經(jīng)過(guò)認(rèn)證，可作為醫(yī)療設(shè)備使用。對(duì)于任何現(xiàn)成的外部電視和顯示器，則無(wú)法保證這一點(diǎn)。為了確?；颊叩陌踩瑧?yīng)在醫(yī)療設(shè)備與外圍設(shè)備之間的外部連接中增加隔離，以保護(hù)患者。對(duì)于傳統(tǒng)的低速接口（例如RS-232、RS-485和CAN）來(lái)說(shuō)，這種隔離可能并不重要，可以使用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字隔離器來(lái)實(shí)現(xiàn)。

另一方面，視頻端口與外部顯示器的隔離會(huì)造成獨(dú)特的挑戰(zhàn)。顯示器的標(biāo)準(zhǔn)化接口的帶寬要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)使用合適數(shù)量的光耦合器或標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字隔離器可以實(shí)現(xiàn)的帶寬。嘗試隔離視頻接口的整個(gè)信號(hào)鏈會(huì)使復(fù)雜度進(jìn)一步增加。例如，HDMI 1.3a協(xié)議不止包含用于傳輸視頻數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換最小化差模信號(hào)(TMDS)，還包括用于交換視頻/格式信息、電源電路，以及檢測(cè)顯示（接收器）設(shè)備之間的連接和斷開的雙向控制信號(hào)。⁵ 在添加系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員視為障礙的電氣隔離時(shí)，必須考慮所有這些因素。在許多情況下，可能無(wú)法使用之前的方法為這些顯示器端口添加安全隔離柵，所以醫(yī)療系統(tǒng)中不包含外部顯示器端口。ADI公司提供對(duì)常用的視頻協(xié)議（例如HDMI 1.3a）實(shí)施電氣隔離的參考設(shè)計(jì)，如此，在需要對(duì)患者實(shí)施保護(hù)時(shí)，可以直接增加額外的安全保護(hù)。

千兆數(shù)字隔離

當(dāng)視頻和攝像機(jī)應(yīng)用需要高帶寬和可靠的安全性時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以使用ADN4654系列LVDS數(shù)字隔離器這種新選擇。這些器件提供雙通道隔離，每個(gè)通道的數(shù)據(jù)速率高達(dá)1.1 Gbps，這代表著數(shù)字隔離在速度方面的一大飛躍。它們采用20引腳SSOP封裝，提供2.2 Gbps總吞吐量，相比基于傳統(tǒng)的數(shù)字隔離器的解決方案，其體積大大減小。

圖4 ADN4654千兆LVDS隔離器框圖

以視頻鏈接為例，可以在60 Hz下傳輸24位顏色，分辨率為1920 × 1080 (1080 p)。要跨越隔離柵傳輸所需的信息，需要總帶寬達(dá)到4.4 Gbps。典型的光纖解決方案具有足夠的帶寬，但是從銅介質(zhì)轉(zhuǎn)換為光纖，需要用到序列化器、反序列化器和電光轉(zhuǎn)換器。使用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字隔離器的解決方案還需要用到序列化器、反序列化器，以及30個(gè)以上的通道隔離，每個(gè)通道以150 Mbps運(yùn)行。給簡(jiǎn)單的高帶寬接口添加隔離時(shí)，對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，這兩種方案都會(huì)產(chǎn)生開銷。

利用ADN4654的千兆數(shù)據(jù)速率，可以降低系統(tǒng)的復(fù)雜性，而且，僅使用兩個(gè)設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)4.4 Gbps帶寬。每個(gè)設(shè)備都有兩個(gè)通道，總共四個(gè)，每個(gè)通道都以1.1 Gbps運(yùn)行。具備高通道帶寬之后，則不再需要信號(hào)鏈中的任何SERDES模塊。在需要對(duì)不止一個(gè)接口實(shí)施隔離的系統(tǒng)中，空間和復(fù)雜性的改善得以兼顧。

圖5 基于ADN4654的系統(tǒng)可以輕松隔離高帶寬接口

以高于1 Gbps的速率運(yùn)行的物理層接口具有嚴(yán)格的抖動(dòng)和偏斜要求，以保證可靠通信。添加至信號(hào)鏈的任何組件（例如數(shù)字隔離器）的抖動(dòng)和偏斜必須最小，以免影響系統(tǒng)性能。過(guò)多的抖動(dòng)和偏斜可能會(huì)影響接收器的采樣裕量，增加總體誤碼率。ADN4654在給定通道上能達(dá)到行業(yè)領(lǐng)先的偏斜性能，最大100 ps，器件與器件之間則為600 ps，因此非常適合隔離這些高帶寬接口。ADN4654只會(huì)帶來(lái)最少的抖動(dòng)，最大的隨機(jī)抖動(dòng)性能為4.8 ps rms，最大的峰峰確定抖動(dòng)為116 ps，采用PRBS-23（偽隨機(jī)二進(jìn)制序列）模式。模式運(yùn)行長(zhǎng)度少于23位，這很常見，而在編碼方案的運(yùn)行長(zhǎng)度更短的協(xié)議（例如8B/10B編碼）中，抖動(dòng)性能得到改善，改善后超過(guò)了這些值。

ADN4654/ADN4655/ADN4656器件利用內(nèi)部LDO調(diào)節(jié)器來(lái)提供靈活的電源配置，可用于多種通道配置。ADN4654采用20引腳寬體SOIC封裝，或者節(jié)省空間的20引腳SSOP封裝。SOIC封裝提供5 kV rms隔離和7.8 mm爬電距離和間隙，使得這些器件適合1 MOPP（來(lái)自250 V rms電源）至IEC 60601標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)利用封裝將器件的爬電距離和間隙增加到大于8 mm，它們能夠作為2 MOPP隔離系統(tǒng)的組件使用。

根據(jù)電路筆記CN-0422隔離HDMI

在給視頻接口添加安全隔離時(shí)，視頻協(xié)議本身的復(fù)雜性會(huì)成為一大挑戰(zhàn)。必須建議隔離各個(gè)視頻、控制和電源信號(hào)，對(duì)于設(shè)備制造生來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)非常棘手的問(wèn)題。即插即用型設(shè)計(jì)解決方案幫助縮短了實(shí)現(xiàn)功能設(shè)計(jì)所需的系統(tǒng)開發(fā)時(shí)間。

自2002年年底推出以來(lái)，HDMI已成為商用高清電視和顯示器的實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)之一。HDMI之所以能大獲成功，因歸功于其功能組和可靠的互操作性。

EVAL-CN0422-EBZ參考設(shè)計(jì)可作為一種即插即用型解決方案，適合想要給現(xiàn)有的HDMI 1.3a視頻端口添加電氣隔離功能的用戶。結(jié)合iCoupler^?技術(shù)，以跨越隔離柵傳輸所需的功率和高速視頻，以及控制信號(hào)。

圖6 EVAL-CN0422-EBZ參考設(shè)計(jì)，用于隔離HDMI 1.3a協(xié)議

HDMI 1.3a協(xié)議中的視頻數(shù)據(jù)在四條TMSD線路中傳輸：三條數(shù)據(jù)線路，一條時(shí)鐘線路。每條線路都必須單獨(dú)隔離。傳統(tǒng)的數(shù)字隔離器不支持TMDS的高帶寬或差分特性，因此不太適用。雖然TMDS與LVDS稍有不同，但可通過(guò)簡(jiǎn)單的無(wú)源組件兼容符合LVDS要求的設(shè)備。這些無(wú)源組件結(jié)合兩個(gè)雙通道千兆ADN4654隔離LVDS收發(fā)器，以隔離全部四條TMDS線路。可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)110 MHz的像素時(shí)鐘頻率，在幀率為60 Hz時(shí)，支持720 p分辨率。

HDMI協(xié)議包含其他用于進(jìn)行控制的低速信號(hào)：顯示數(shù)據(jù)通道(DDC)、消費(fèi)電子控制(CEC)和熱插拔檢測(cè)(HPD)。DDC用于允許源極讀取來(lái)自EEPROM的顯示器EEID數(shù)據(jù)，并交換相關(guān)的格式化信息。CEC信號(hào)允許在多個(gè)連接的源設(shè)備和接收設(shè)備之間共享功能。檢測(cè)到HPD具有附加源（表示有與之相連的器件）時(shí)，HPD由接收設(shè)備置位。這些控制信號(hào)都使用兩個(gè)ADuM1250器件隔離，在必要時(shí)，可以對(duì)這些信號(hào)實(shí)施雙向隔離。使用ADuM1250可以大大簡(jiǎn)化與實(shí)施雙向隔離通道相關(guān)的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

參考設(shè)計(jì)包括一個(gè)隔離式DC-DC電源轉(zhuǎn)換器ADuM5020，用于給隔離器件的顯示（接收）側(cè)供電。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，275 mW會(huì)傳輸至HDMI電纜，以支持接收設(shè)備。參考設(shè)計(jì)用于隔離HDMI源設(shè)備，但可以輕松采用隔離電源電路來(lái)隔離HDMI接收設(shè)備。

工業(yè)以太網(wǎng)

對(duì)于機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用，ADI公司的多協(xié)議以太網(wǎng)交換機(jī)、以太網(wǎng)物理層收發(fā)器，以及所有平臺(tái)解決方案產(chǎn)品組合都確保實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接和運(yùn)行效率。

ADI公司的fido5100/fido5200 REM交換機(jī)系列包括兩個(gè)2端口工業(yè)以太網(wǎng)嵌入式交換機(jī)，這兩個(gè)交換機(jī)可連接到任何處理器，包括任何Arm^? CPU和ADI的fido1100通信控制器。

通過(guò)使用這些工業(yè)以太網(wǎng)嵌入式交換機(jī)，您可以選擇適合您應(yīng)用的處理器類型，無(wú)需被迫使用特定供應(yīng)商的協(xié)議棧。REM連接到處理器的內(nèi)存總線，看起來(lái)與該總線上的任何其他外設(shè)都一樣。REM的存儲(chǔ)周期降至32 ns（32位總線為125 Mbps）以支持EtherCAT的12.5 μs周期，以及PROFINET IRT的31.25 μs周期。數(shù)據(jù)使用優(yōu)先信道隊(duì)列在交換機(jī)之間來(lái)回傳輸，因此實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸可以無(wú)延遲地中斷非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。這些隊(duì)列由交換機(jī)驅(qū)動(dòng)程序管理并與協(xié)議棧接口，以實(shí)現(xiàn)盡可能高效的數(shù)據(jù)傳輸。這也意味著應(yīng)用軟件不必費(fèi)心管理交換機(jī)，設(shè)置低電平寄存器或跟蹤復(fù)雜的時(shí)間管理過(guò)程。

工業(yè)以太網(wǎng)嵌入式交換機(jī)的另一個(gè)性能優(yōu)勢(shì)是它們的優(yōu)先信道技術(shù)使其不會(huì)受到網(wǎng)絡(luò)加載的影響。該優(yōu)勢(shì)可確保您的應(yīng)用程序在任何時(shí)候都能夠啟動(dòng)并運(yùn)行。REM交換機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行智能過(guò)濾，以防止來(lái)自處理器的干擾流量，根據(jù)處理器負(fù)載管理低優(yōu)先級(jí)流量，并保證及時(shí)發(fā)送高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)包，無(wú)需考慮總數(shù)據(jù)包負(fù)載。

ADI公司的ADIN1100、ADIN1200和ADIN1300工業(yè)以太網(wǎng)物理層器件(PHY)旨在實(shí)現(xiàn)嚴(yán)苛工業(yè)環(huán)境下的魯棒性。這些產(chǎn)品已經(jīng)完成了廣泛的EMC和可靠性測(cè)試，適用于需要可預(yù)測(cè)和安全通信的應(yīng)用。利用行業(yè)領(lǐng)先的低延遲和低功耗PHY技術(shù)，該產(chǎn)品組合支持10 Mbps、100 Mbps和1 Gbps的數(shù)據(jù)速率。它們專門為最大限度地提高數(shù)據(jù)傳輸和信號(hào)完整性而開發(fā)，采用小型封裝，同時(shí)支持多個(gè)MAC接口。工業(yè)以太網(wǎng)物理層套件適合在擴(kuò)展的工業(yè)環(huán)境溫度范圍內(nèi)運(yùn)行，可為當(dāng)今和未來(lái)的工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用提供高水平可靠性。ADIN1100 10BASE-T1L PHY通過(guò)長(zhǎng)達(dá)1 km的單根雙絞線提供10 Mbps以太網(wǎng)連接，且支持危險(xiǎn)區(qū)域使用案例（本質(zhì)安全區(qū)域0應(yīng)用），這些案例有時(shí)稱為Ethernet-APL。ADIN1100為通過(guò)本質(zhì)安全認(rèn)證的器件提供以太網(wǎng)連接，例如在危險(xiǎn)區(qū)域中運(yùn)行的HMI、工業(yè)視頻攝像機(jī)和熱感攝像機(jī)。

ADI提供哪些首發(fā)產(chǎn)品？

本文描述了工業(yè)和醫(yī)療應(yīng)用中安全可靠的高帶寬視頻或攝像機(jī)接口的應(yīng)用要求，并討論了在采用這些接口的同時(shí)保持關(guān)鍵性能可使用的重要技術(shù)選項(xiàng)。ADI公司提供創(chuàng)新解決方案，包括：

■   行業(yè)首款千兆數(shù)字隔離器系列ADN4654/ADN4655/ADN4656，提供了隔離高帶寬接口的新選項(xiàng)。

■   行業(yè)首款電氣隔離視頻和攝像機(jī)端口，與龐大的光纖解決方案相比，有助于降低成本和復(fù)雜性。

■   經(jīng)測(cè)試符合規(guī)定的系統(tǒng)解決方案，減少了測(cè)試和合規(guī)性難題。示例之一就是根據(jù)HDMI標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試的參考設(shè)計(jì)。

■   整套工業(yè)以太網(wǎng)產(chǎn)品，包括技術(shù)、解決方案、軟件和安全功能，這些產(chǎn)品旨在將現(xiàn)實(shí)世界連接到工廠網(wǎng)絡(luò)，再連接到云。

結(jié)論

ADI利用其深厚的領(lǐng)域?qū)I(yè)知識(shí)和先進(jìn)技術(shù)，幫助合作伙伴連接未來(lái)工業(yè)套件和網(wǎng)絡(luò)。行業(yè)首款千兆電氣隔離技術(shù)提供替代方案，用于在各種醫(yī)療和工業(yè)應(yīng)用中隔離視頻和攝像機(jī)接口。ADI公司的以太網(wǎng)解決方案利用TSN以太網(wǎng)交換機(jī)和低延遲、低功耗、長(zhǎng)線纜的物理層收發(fā)器，確保在嚴(yán)苛的工業(yè)應(yīng)用中可靠傳輸關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

參考資料

1 Bob?！?018年，PROFINET和PROFIBUS節(jié)點(diǎn)的數(shù)量超過(guò)8700萬(wàn)?！盤rofibus Group。2019年5月16日。

2 Danny Scheffer?！皟?nèi)窺鏡使用CMOS成像傳感器?！币曈X(jué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。2007年7月30日。

3 Ricardo A. Natalin、Jaime Landman。“對(duì)于內(nèi)窺鏡，下一步要做什么?”Medscape。

4 Dave Wilson。“下一代圖像傳感器。”NovusLight。2016年11月28日。

5 HDMI 1.3a規(guī)范。

作者簡(jiǎn)介

Richard Anslow是ADI公司自動(dòng)化與能源事業(yè)部互連運(yùn)動(dòng)和機(jī)器人團(tuán)隊(duì)的系統(tǒng)應(yīng)用工程師。他的專長(zhǎng)領(lǐng)域是基于狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和工業(yè)通信設(shè)計(jì)。他擁有愛爾蘭利默里克大學(xué)頒發(fā)的工程學(xué)士學(xué)位和工程碩士學(xué)位。聯(lián)系方式：richard.anslow@analog.com。

Neil Quinn是ADI公司的產(chǎn)品應(yīng)用工程師，是愛爾蘭利默里克的接口和隔離技術(shù)部的一員。Neil 2013年獲得美國(guó)國(guó)立梅努斯大學(xué)電子工程學(xué)士學(xué)位。他主要研究工業(yè)和高速通信接口，例如RS-485和LVDS，以及ADI的iCoupler數(shù)字隔離產(chǎn)品。聯(lián)系方式：neil.quinn@analog.com。