Componentes esenciales para el diseño de aplicaciones Ethernet de par único

Se prevé que el mercado del Internet industrial de las cosas (IIoT) crezca a un ritmo anual de dos dígitos hasta alcanzar los 59,600 millones de dólares de dólares en 2029. Esto se debe a que los fabricantes y proveedores de soluciones intentan conectar cada vez más máquinas y sensores a Internet en busca de una mayor automatización, monitoreo en tiempo real y recopilación de datos. La tecnología de Ethernet de par único (SPE) ofrece a los diseñadores de productos nuevas oportunidades para aprovechar esa demanda en aplicaciones como sensores, actuadores, cámaras, pantallas, controladores, puertas de enlace e interruptores.

El grupo de trabajo que creó la norma IEEE 802.3cg para SPE de 10 Mb/s se centró en solucionar la "brecha Ethernet" en el límite de las redes industriales. Es ahí donde los buses de campo no Ethernet dominan las conexiones de redes de automatización por ser, en general, más económicos y sencillos de instalar, menos sensibles al ruido y más fáciles de transmitir potencia a través de la red, entre otros factores.

A diferencia de Ethernet convencional, que utiliza cuatro pares de conductores torcidos, SPE utiliza un solo par para transmitir datos a 10 Mbps a distancias de hasta 1,000 metros para aplicaciones industriales utilizando 10Base-T1L. SPE puede combinarse con la alimentación de un solo par a través de Ethernet (SPoE) para suministrar alimentación y transmitir datos simultáneamente a y desde dispositivos de IIoT.

SPE y SPoE aportan a la automatización industrial las ventajas de una capa física (PHY) común, tarjetas de interfaz de red (NIC) estandarizadas y una mayor flexibilidad para que los proveedores que desarrollan dispositivos interactúen y se comuniquen a través de Ethernet. La capacidad de transmitir datos y energía a distancias más largas facilita la comunicación con los dispositivos y reduce la necesidad de baterías en sensores y otros dispositivos.

SPE ofrece a los diseñadores de soluciones y a los clientes ventajas como la reducción del peso y el costo del cableado, la compatibilidad con la infraestructura Ethernet existente y una mayor flexibilidad para ampliar esa tecnología estándar del sector. Entre los retos que plantea el diseño de aplicaciones SPE, se encuentra la superación de las interferencias electromagnéticas, la integridad de la señal, el suministro de energía y los problemas de gestión térmica.

Componentes necesarios para aplicaciones SPE

El diseño de las aplicaciones 10Base-T1L SPE precisa una mezcla de componentes que se combinen para garantizar la integridad de la alimentación y los datos, el aislamiento y el filtro de ruido, incluidos los inductores de modo común (CMC), los inductores de modo diferencial (DMI) y los inductores acoplados aislados. TDK es el primer proveedor que ofrece todos los inductores necesarios para implementar SPE industrial con y sin transmisión de potencia.

Si se planea utilizar 10Base-T1L para la transmisión de datos solo entre elementos de control y detección o actuación, los diseñadores pueden utilizar solo la CMC, que filtra el ruido. El RCM70CGI-471 de TDK (Figura 1) suprime las interferencias asimétricas acopladas en las líneas sin afectar a las señales de datos. Funciona en un rango de temperaturas de -40 a +125 °C, con una tensión nominal de 80 VCC.

Figura 1: Inductor de modo común RCM70CGI de TDK para la supresión de interferencias. (Fuente de la imagen: TDK).

Para aplicaciones de alimentación por cable de datos (PoDL), los diseñadores tendrán que incluir también un inductor de modo diferencial, como el PID75-650M de TDK (figura 2) para reducir la impedancia y garantizar la integridad de la transmisión de potencia. Tiene un valor de inductancia nominal de 2 x 65 μH, baja resistencia de CC y funciona a temperaturas de hasta +150 °C.

Figura 2: El inductor de modo diferencial PID75-650M de TDK reduce la impedancia y garantiza la integridad de la transmisión de potencia. (Fuente de la imagen: TKD)

En el caso de implementaciones en las que la seguridad es crítica y se necesita un aislamiento galvánico, los diseñadores tendrán que complementar el CMC y el DMI con un inductor acoplado aislante para evitar que fluya corriente no deseada entre los dispositivos. El ICI70CGI-222 de TDK (figura 3) tiene una inductancia nominal de 2.2 mH, una capacitancia de dispersión inferior a 20 pF y una intensidad de voltaje de hasta 2250 VCC.

Figura 3: El inductor de aislamiento ICI70CGI. (Fuente de la imagen: TDK).

Conclusión

Los inductores SPE industriales de TDK permiten a los diseñadores de productos crear dispositivos SPE para aplicaciones en automatización de fábricas, automatización de edificios, transporte, energía y atención médica. Gracias a su compatibilidad con los protocolos de comunicación IEEE 802.3cg, IEEE 802.3bu e IEEE 802.3bw, las aplicaciones SPE pueden ampliar la infraestructura Ethernet con mayor flexibilidad, menores costos de cableado y menor peso.