Jaringan industri dapat mengontrol peralatan bengkel pabrik, mentransmisikan data dan gambar ke monitor jarak jauh, dan mencapai komunikasi dan transmisi data yang mulus baik secara lokal maupun jarak jauh.Selama bertahun-tahun, the Ethernet technology used in this network has evolved from 10BASE-T systems capable of transmitting 10 Mbps to wired Ethernet and wireless 5G transmission networks capable of supporting up to 400 GbpsKemajuan ini bergantung pada komponen jaringan yang menghubungkan perangkat ke jaringan area lokal (LAN) melalui kabel Ethernet untuk meningkatkan transmisi sinyal dan mengelola aliran data.
Perancang dapat memilih perangkat jaringan industri individu atau menggabungkan komponen terbaik menjadi produk yang mudah digunakan.Memahami berbagai pilihan adalah langkah pertama dalam menerapkan jaringan industri yang berorientasi pada masa depan.
Komponen untuk mencapai interkoneksi industri
Dalam jaringan industri, setiap perangkat berisi lapisan fisik (PHY), yang merupakan chip Ethernet yang tertanam dalam papan sirkuit cetak (PCB).
Data yang meninggalkan perangkat biasanya ditransmisikan melalui media fisik, seperti kabel Ethernet. Kabel dan PHY bersama-sama menentukan kecepatan transmisi data.Sebagian besar perangkat baru mendukung setidaknya 1000BASE-T Ethernet, yang berarti bahwa perangkat dapat mengirimkan atau menerima data pada kecepatan hingga 1000 Mbps (atau 1 Gb / s) melalui jalur data yang terdiri dari beberapa kabel pasangan bengkok.
Modul Konektor Terintegrasi (ICM) terletak di antara PHY dan media transmisi, memungkinkan komunikasi yang efektif antara keduanya.seperti jack Ethernet RJ45 standar untuk memasukkan kabel. ICM juga harus sesuai dengan impedansi PHY dan kabel, dan menyediakan isolasi listrik untuk melindungi koneksi dari lonjakan, loop tanah, dan kebisingan sinyal,akhirnya memastikan kompatibilitas elektromagnetik (EMC) dalam sistem.
IMC dibangun dalam 1:1 transformer will also be used to isolate the direct current (DC) bias used to operate the PHY from the DC bias used to transmit data or power to connected devices via Power over Ethernet (PoE) technology.
ICM mengelola PoE dengan memastikan bias DC antara dua kabel twisted pair yang digunakan untuk transmisi data atau antara dua kabel twisted pair yang tidak digunakan dalam kabel Ethernet.PoE dapat secara signifikan menyederhanakan kabel aplikasi bengkel pabrik, tetapi pemilihan kabel, ICM, dan komponen jaringan lainnya harus dilakukan dengan hati-hati untuk memastikan EMI minimal.
Bermain peran PoE
Untuk menerapkan PoE di lingkungan industri, insinyur perlu menggunakan transformator LAN seperti Pulse Electronics' PulseChip LAN transformator seri TCxG (Gambar 1).Perangkat-perangkat ini dapat mentransmisikan data pada kecepatan basisband 1 Gbps, 2,5 Gbps, 5 Gbps, atau 10 Gbps, serta daya DC 0 sampai 90 W, melalui empat pasang kabel pasangan bengkok.
Transformer LAN seri PulseChip TCxG dari Pulse Electronics
Gambar 1: Transformator LAN seri PulseChip TCxG yang dipasangkan dengan chokes magnetik dapat mengurangi kebisingan sinyal dan menyediakan 0 W hingga 90 W DC PoE dan hingga 10 Gbps kecepatan data. (Sumber gambar: Pulse Electronics)
Transformator inti besi perangkat permukaan (SMD) memiliki kapasitas isolasi listrik 1500 VRMS untuk mengurangi kebisingan dan EMI.Seri TCxG memenuhi atau melebihi persyaratan listrik untuk peralatan komunikasi Ethernet dan Wi-Fi di Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 802.3 spesifikasi, khususnya persyaratan transmisi Ethernet 1G, 2.5G, 5G, dan 10GBASE-T, serta persyaratan aplikasi PoE Kelas 4 6/8 IEEE 802.3bt.
Transformer jaringan seri TCxG mengadopsi inti magnet spesifikasi 1812 (4732) dan desainnya kompatibel dengan tata letak PCB enam pad standar.Seri TCxG00P mencapai kemampuan manajemen PoE 60 W dalam waktu 4.70 ± 0,25 mm x 3,20 mm paket. Transformer seri TCxG001P dapat mengirimkan daya 90 W dan dirancang dalam paket 4,60 ± 0,25 mm x 3,40 mm khusus untuk tata letak inti magnetik kecil.Pulse Electronics insinyur merekomendasikan meninggalkan ruang ekstra di sisi kabel dari trafo untuk mengurangi kenaikan suhu pada daya tinggiSuhu kerja transformer ini adalah -40 ° C sampai + 85 ° C, termasuk kenaikan suhu yang disebabkan oleh komponen pemanasan sendiri.
Kedua desain memiliki kehilangan sisipan kurang dari -1 dB pada frekuensi hingga 200 MHz. Untuk mengurangi kerugian sinyal lebih lanjut,Transformer seri TCxG dirancang khusus untuk digunakan dengan SMT magnetic chokes, seperti seri PE-0805GCMC Pulse Electronics. Koil tersedak ini membantu menyaring kebisingan elektronik dalam sinyal dan digunakan bersama dengan transformator LAN pada kecepatan data untuk memastikan pencocokan impedansi.Pencekaman ini cocok untuk inti magnet 0805 (2012) yang lebih kecil (2,00 mm x 1,2 mm) dan dapat ditempatkan secara fleksibel dalam desain PCB karena tidak adanya pembatasan polaritas.
Transformator TCxG dan choke yang dipasangkannya mengadopsi desain modular yang fleksibel, ditambah dengan dukungan untuk fungsi catu daya PoE,menjadikannya pilihan ideal untuk aplikasi seperti antarmuka manusia-mesin (HMI), switch LAN Ethernet industri, router dan server, serta titik akses nirkabel 5G dan Wi-Fi (WAP).
Menggabungkan Konektivitas dengan ICM
Meskipun spesifikasi transformator LAN dan chokes magnetik secara terpisah memiliki fleksibilitas, banyak aplikasi membutuhkan solusi terintegrasi.ICM mengintegrasikan trafo LAN dengan soket magnetik dan soket RJ45 untuk colokan kabel Ethernet, sementara mempertahankan kompatibilitas dengan chip PHY yang umum digunakan.
Dalam Pulse Electronics' Pulsejack JXT7 seri Ethernet ICM (Gambar 2), komponen ini bekerja sama untuk mencapai kecepatan data hingga 10 Gbps seperti yang ditentukan oleh IEEE 802.3an, atau operasi multi rate 2.5 Gbps dan 5 Gbps sebagaimana ditentukan oleh IEEE 802.3bz. Seri ini juga dapat menyediakan daya DC hingga 140 W seperti yang ditentukan oleh IEEE 802.3bt melalui kabel UTP tanpa pelindung panjang 100 kaki (seperti kabel Cat5e atau Cat6).
Pulsejack JXT7 seri ICM dari Pulse Electronics
Gambar 2: ICM seri Pulsejack JXT7 menggabungkan transformator LAN, chokes magnetik, dan soket RJ45, mendukung kecepatan transmisi data dari 1 Gbps hingga 10 Gbps dan hingga 140 W DC PoE.Ini dikemas dalam bungkus SMD yang kokoh dan tahan lama, menjadikannya pilihan ideal untuk WAP. (Sumber gambar: Pulse Electronics)
Dimensi keseluruhan JXT7 ICM adalah 34,29 mm dalam, 16,51 mm lebar, dan 13,33 mm tinggi..3 A. Seri ini memiliki desain pelindung elektromagnetik yang komprehensif, termasuk lempeng pegas EMI atas dan bawah, serta lempeng pengantar tambahan.cocok untuk aplikasi industri dan luar ruangan dalam kisaran suhu -40 ° C sampai + 85 ° C.
Tingkatkan pembangunan jaringan ke tingkat baru
ICM adalah komponen kunci untuk menghubungkan perangkat individu ke jaringan Ethernet industri tetapi membangun jaringan ini membutuhkan switch, router,dan antena yang dapat mencocokkan kecepatan transmisi data dari perangkatUntuk mempertahankan pemanfaatan ruang bengkel pabrik yang dicapai oleh teknologi ICM dan PoE yang kompak, perangkat jaringan ini perlu beradaptasi dengan tata letak PCB yang ada.
Salah satu metode untuk mencapai tingkat pemanfaatan ini adalah menggunakan Ball Grid Array (BGA), yang dapat mencapai kemasan komponen jaringan dengan kepadatan tinggi dalam perangkat SMD.Modul LAN SMD BGA Ethernet 1-GB Pulse Electronics (Gambar 3) mendukung koneksi Ethernet dari 10BASE-T hingga 1000BASE-T, sementara menyediakan hingga 70 W DC PoE pada kepadatan di bawah 140 mm 2 per port.
Modul LAN 1Gb SMD BGA Ethernet dari Pulse Electronics
Gambar 3: Modul LAN SMD BGA Ethernet 1-GB Pulse Electronics adalah saklar jaringan yang dapat ditingkatkan yang mendukung PoE canggih sementara juga mendukung kecepatan transfer data hingga 1 Gbps. (Sumber gambar:Elektronik Pulsa)
Unit ini dapat dipasang di lokasi yang mendukung komponen lama dengan kecepatan data yang lebih rendah atau daya yang lebih rendah, dan dapat dipasang di ruang di belakang konektor 2xN dengan dua baris port,setiap baris berisi satu sampai delapan pelabuhanSuhu operasi nominal modul yang dirancang untuk lingkungan industri adalah -40 ° C sampai + 80 ° C.
Modul kepadatan tinggi ini juga mendukung penambahan antena 5G untuk komunikasi video nirkabel.Solusi antena aplikasi 5G seperti antena Pulse Electronics (Gambar 4) dapat dipasang di dalam perangkat pada PCB atau papan sirkuit fleksibel (FPC), atau secara eksternal melalui perangkat keras atau magnet. Pilihan antena tergantung pada kecepatan transmisi data yang diperlukan dan bandwidth, jarak ke penerima,dan hambatan atau faktor interferensi selama transmisi data.
Antena ini mendukung transmisi 5G dalam rentang frekuensi menengah hingga rendah antara 617 MHz dan 7125 MHz. Dalam pita frekuensi ini,data dapat ditransmisikan dari sensor ke perangkat pintar dengan kecepatan data tinggi dan latensi rendah.