Прочный снаружи, умный внутри

Ethernet, как стандарт передачи данных, получает все большее распространение в промышленности и автоматизации. При этом преобразователи являются основным компонентом современной технологии взаимодействия – без них была бы невозможна высокоскоростная передача данных с высокой целостностью сигнала. Для защиты микросхем PHY компоненты сети и кабельные секции должны быть гальванически изолированы друг от друга. Данный функциональный принцип аналогичен принципу классического преобразователя, а именно преобразователя, определяющего оптимальную скорость и обеспечивающего эффективную передачу сигнала. Для реализации тренда миниатюризации в промышленности и автоматизации компания HARTING теперь представляет соединители для печатных плат M12 с интегрированным преобразователем. Данное надежное решение обеспечивает экономию пространства и максимальную целостность сигнала. M12 с магнитным устройством – Прочный снаружи, умный внутри.

В технологии взаимодействия преобразователи являются индуктивными элементами, исполнения которых аналогичны предыдущему исполнению. Тем не менее, поскольку классические преобразователи оптимизированы для узкого частотного диапазона для передачи электропитания с максимальной эффективностью, новые исполнения идеально подходят для широкополосной передачи данных с самым высоким качеством сигнала. Следовательно, получение сигнала высокого качества более важно, чем оптимизация производительности. Что касается качества, сигналы с преобразователей играют главную роль в конфигурации Ethernet. Так, при передаче они обеспечивают высокое качество сигнала во время взаимодействия двух компонентов системы на базе Ethernet. Другими важными характеристиками преобразователя являются линейность и предельное уменьшение искажений. Очевидно, искажения могут стать причиной нарушения сигнала, что в свою очередь может сделать невозможным считывание сигналов приемным устройством. В самом худшем случае это может привести к нарушению функциональности или простою соответствующего процесса или оборудования.

Обзор технологии

Тогда зачем необходима сложная технология передачи сигналов между различными компонентами Ethernet с максимально возможным качеством с применением различных индуктивных устройств? В локальных сетях Ethernet преобразователи используются для гальванической изоляции, передачи сигналов, разделения потенциалов и симметрирования. Для любого взаимодействия на базе протокола Ethernet требуются различные микросхемы и другие очень чувствительные к высокому напряжению электронные компоненты. Тем не менее, поскольку не все устройства и сети передачи данных в больших разветвленных сетях имеют одинаковый потенциал, гальваническая изоляция посредством преобразователей обеспечивает эффективную защиту компонентов.

До настоящего времени применялась следующая технология кабельного соединения печатной платы: выбирался промышленный соединитель или подходящий разъем, который затем приваривался к печатной плате с помощью контактов для сквозных отверстий. Наборы схем и других электронных периферийных устройств помещались напротив разъема. Для реализации актуального тренда повышения компактности устройств и оборудования технология соединений также должна предлагать более компактные решения. Почему бы не интегрировать микросхемы и преобразователи в соединитель? Рассмотренный выше подход выглядит устаревшим, не правда ли?

Разумеется, что касается разъемов для печатных плат RJ45, этот подход уже является стандартом и получил широкое распространение на рынке. Но что делать, когда необходимо прочное соединение с защитой IP65/67? На рисунке (1) ниже показана дискретная структура решения, которое применяется в настоящее время, например, при разработке коммутатора с соединителями M12. В данном процессе преобразователь представляет собой отдельный компонент на печатной плате между микросхемой Ethernet и каждым соединителем и, следовательно, он занимает определенное пространство. Например, в случае коммутатора с 16 портами необходимо очень большое пространство. Здесь преобразователь выполняет свои две важные функции. Во-первых, гальваническая изоляция и, соответственно, защита микросхем Ethernet (PHY) обеспечивается до начала подачи тока от внешнего источника. Во-вторых, преобразователь позволяет повысить качество передаваемого сигнала.

Сложность применения в будущем

Для того, чтобы следовать тренду миниатюризации в промышленной сфере, все больше производителей стремятся сделать свои устройства меньше, компактнее и интеллектуальнее. Здесь основными стимулами являются желание постоянно оставаться конкурентоспособными и стремление к снижению расходов.

Чтобы обеспечить производителям возможность для дальнейшего повышения компактности их устройств, также необходимо повысить компактность требуемых компонентов. Применяемые для печатных плат преобразователи могут обеспечить лишь частичное соблюдение данного требования, поэтому если дискретная структура с соединителями M12 на печатной плате, как показано на рисунке (1), будет использоваться в будущем, занимаемое пространство будет слишком большим. Следовательно, традиционные и проверенные компоненты больше не могут применяться. И необходимо более компактное решение.

2 в 1

Разработанное HARTING решение сочетает классический соединитель M12 для печатной платы и преобразователь в одном компоненте без увеличения пространства, которое необходимо для соединителя M12. Соответственно, пространство на печатной плате, которое требуется только для преобразователя, является избыточным, так как он теперь встроен в соединитель. В результате, разработчики получают возможность создания значительно более миниатюрных и компактных устройств. Экономия пространства на печатной плате до 30% по сравнению со структурой, показанной на рисунке (2), возможна благодаря соединителю M12 с интегрированным преобразователем. Кроме того, данное решение оптимально с точки зрения целостности сигнала, поскольку соответствующий преобразователь уже содержит все необходимые электронные компоненты и интегрирован в соединитель M12. Помимо соблюдения общих требований M12 согласно IEC 61076-2-101/109 и требований Ethernet согласно IEEE 802.3, соединители M12 с интегрированным преобразователем также соответствуют повышенным требованиям устойчивости к ударным нагрузкам и вибрации, предъявляемым железнодорожным сектором согласно IEC 61373.

В дополнение к исполнению с D-кодированием для высокоскоростного Ethernet, будет предусмотрено исполнение с X-кодированием 1ГБ или 10ГБ для еще более высокой скорости передачи. Для гарантии не только эффективной передачи данных, но также для обеспечения электропитания миниатюрным устройствам, например, коммутаторам, все исполнения с прямой и угловой конструкцией могут предусматривать функцию PoE/PoE+.

Таким образом, уменьшение размера и применение надежной технологии соединения позволяют реализовать актуальный тренд миниатюризации вплоть до уровня производственной площадки и упрощают проходные соединения на печатной плате.

Рисунок 2 – Демонстрационный образец применяемого ранее решения и нового преобразователя M12