적합한 우수 부품으로 강력한 산업용 단일 쌍 이더넷 제공

자동화가 기존의 분산 제어 시스템을 대체하고, 혁신적인 기술이 공간 절약과 비용 절감은 물론 향상된 성능을 제공하고 있습니다. 미래의 공장에서는 단일 쌍 이더넷(SPE)이 이러한 자동화를 실현하기 위한 필수 요소입니다.

산업용 사물 인터넷(IIoT)을 위한 인프라를 구축할 때는 SPE가 반드시 필요합니다. 공장, 빌딩 및 공정 자동화를 위한 이 새로운 이더넷 통신 표준을 통해 보다 신속하고 안전한 통합 전략을 구축할 수 있습니다.

기존의 필드 버스 프로토콜은 자동차 및 산업 제어 응용 분야에 중요한 정보를 적시에 신속하게 전송하는 것으로 인정받고 있습니다. 그러나 네트워크에서 액추에이터와 센서가 증가함에 따라 기존 필드 버스 프로토콜은 이제 병목 현상을 발생하고 있으며, 부피가 큰 필드 버스 케이블이 너무 많은 공간을 차지하여 더 많은 링크가 도입될수록 문제는 더욱 악화되고 있습니다.

지금까지는 데이터 회선을 통한 전력 공급(PoDL)을 통해 최종 장치에 전력을 동시에 공급하려면 두 쌍의 동선이 필요했습니다. 이제 SPE가 데이터 전송 이외에 이 작업도 수행할 수 있으므로, PoDL에 4개의 전선이 필요한 것은 과거의 일이 되어 산업용 이더넷의 완전히 새로운 응용 분야가 열렸습니다.

TDK Electronics는 자동차 및 산업용 전자 부문에 필수적인 부품을 전문으로 하는 회사입니다. 이러한 모든 제품과 기술의 공통된 맥락은 IIoT와 SPE이며, 그중에서 단일 쌍 이더넷을 통한 전력 공급(SPoE), 전력, 전원 공급 장비(PSE), 컨트롤러 이더넷 장치가 모두 그 역할을 담당합니다.

Analog Devices Inc.는 TDK Electronics와 마찬가지로 보안 시스템, 운영 기술(OT) 시스템, 현장 계측 및 스위치, 빌딩 및 공장 자동화 시스템, 교통 제어 시스템 등 LTC4296-1 5포트 SPoE PSE 컨트롤러(그림 1)를 사용하는 장비를 통해 IIoT를 보다 빠르고 안정적으로 구현하는 데 앞장서고 있습니다.

그림 1: LTC4296-1을 활용하는 IEEE 802.3cg 준수 SPoE PSE(5개 포트 중 하나가 표시되고 일부 핀은 명확성을 위해 생략됨) (이미지 출처: Analog Devices Inc.)

LTC4296-1은 QFN-48 패키지로 제공되는 IEEE 802.3cg 준수, 5포트, SPoE, PSE 컨트롤러입니다(그림 2). SPoE로 설계 및 설치를 간소화하고 한 쌍의 케이블을 통해 표준화된 전력과 이더넷 데이터를 사용하므로 LTC4296-1은 802.3cg 전력 소자와의 상호 운용성에 매우 적합합니다.

외부의 낮은 드레인-소스 온 저항(RDS_ON) N-채널 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)를 통해 전력을 공급하여 LTC4296-1은 전압 강하를 최소화하면서 응용 제품의 견고성을 보장합니다.

그림 2: 최적의 상호 운용성을 위해 설계된 LTC4296-1 (이미지 출처: Analog Devices Inc.)

아날로그 전류 제한(ACL)은 폴드백 기능이 있는 하이사이드 회로 차단기를 활용하여 단락 및 제어된 유입 보호 기능을 제공할 수 있습니다. 로우사이드 회로 차단기(선택 사항)를 통해 비분리 응용 제품의 역송공급 장애와 접지 장애를 방지하여 음수 출력을 보호할 수 있습니다.

또한 전력 공급(PD)이 있을 때만 케이블에 최대 작동 전압이 적용되도록 하려면 최대 전압 서명(MFVS) 유지와 함께 직렬 통신 분류 프로토콜(SCCP)을 통한 PD 분류가 필요합니다.

LTC4296-1과 같은 장치는 다용도 SPoE, PSE 솔루션을 제공하며 최적 컨트롤러 응용 제품을 위해 쉽게 통합될 수 있습니다.

인덕터를 사용하여 전파 방해 없는 데이터 트래픽 달성

여러 응용 제품을 위한 다양한 인덕터가 있습니다. 10BASE-T1L 응용 제품 인덕터 유형에는 공통 모드 초크(CMC), 분리 인덕터(ICI) 및 차동 모드 인덕터(DMI)가 있습니다.

ICI70CGI 계열 분리 인덕터는 특정 응용 제품에서 PHY와 커넥터 사이의 갈바닉 분리 문제를 해결합니다. 유도 용량 값이 1.0mH 및 2.2mH이고 분리 전압이 2250V_DC인 1:1 데이터 결합 비율을 제공합니다.

센서와 액추에이터를 단 한 쌍의 전선으로 PoDL에 연결하여 이 라인을 통해 데이터 및 전력 전송을 실현할 수 있습니다. 이 커넥터는 회로의 고주파 잡음을 억제하는 수동 소자 전자 부품인 특수 차동 모드 초크를 활용하여 차동 모드 잡음을 감쇠하여 필터 역할을 합니다. PoDL을 사용하여 산업용 SPE를 구현하는 동안 전력 전송 여부에 관계없이, 특정 응용 분야에서는 PHY와 커넥터 사이의 갈바닉 분리가 필요합니다. RCM70CGI-471(그림 3)과 같은 분리 인덕터는 1:1 변환 비율을 제공합니다.

비대칭 전파 방해 억제는 전파 방해 없는 데이터 트래픽을 달성하는 데 중요합니다. RCM70CGI-471는 10BASE-T1L용 IEEE 802.3cg 표준을 기반으로 하며 80V에서 최대 700mA의 전류와 470µH의 유도 용량 값을 지원하도록 설계된 공통 모드 초크입니다.

그림 3: RCM70CGI-471 공통 모드 초크는 IEEE 802.3cg 표준을 기반으로 합니다. (이미지 출처: TDK)

시스템의 전파 방해를 억제하려면 특수 차동 모드 초크가 필요합니다.

IEEE 802.3cg에 따라 PID 계열에는 6가지 전력 등급(10 ~ 15)과 360mA ~ 2100mA 범위의 포화 전류를 모두 포괄하는 다양한 버전이 있습니다.

PoDL 평가 기판으로 연결성 보장

IIoT에서는 실시간 데이터 전송을 통해 최종 장치부터 제어실까지 연결성을 보장하는 종합 시스템 통합이 필요합니다. SPE는 네트워크를 간소화하여 최대 1,000m 거리에서 최대 10Mbps 전송 범위를 허용하는 동시에 전력을 공급합니다.

TDK는 EVAL-ADIN1100EBZ(그림 4), EVAL-ADIN1110EBZ의 다음 평가 기판과 일치하도록 개발된 6가지 전력 등급을 위한 다양한 10BASE-T1L 플러그 앤 플레이 테스트 기판을 보유하여 설계 및 테스트 단계를 가속화할 수 있습니다.

그림 4: SPE는 네트워크를 간소화하여 최대 1,000m 거리에서 최대 10Mbps 전송 범위를 허용합니다(EVAL-ADIN1100EBZ 간소화된 제품 구성도 참조). (이미지 출처: TDK)

두 가지 작동 모드가 있는 인터페이스 기판

Analog Devices의 ADIN1100 견고한 산업용 저전력 10BASE-T1L 이더넷 PHY는 ROHS3을 준수하고 1(무제한) 수분 민감도 레벨(MSL)을 가지며 REACH 비적용 대상 상태의 유연한 플랫폼을 갖추고 있어 ADIN1100 견고한 저전력 10BASE-T1L PHY를 빠르게 평가할 수 있습니다.

EVAL-ADIN1100EBZ(그림 5)는 1.7km의 상당한 길이의 케이블을 통해 장치와 10Mbps 단일 쌍 이더넷(SPE)을 연결하며, 두 가지 작동 모드가 있는 평가 기판을 통해 유연성을 극대화할 수 있습니다. ADIN1100 GUI 소프트웨어로 PC에 연결하면 진단, 링크 품질 모니터링 진단 등 전체 ADIN1100 레지스터 설정 세트에 액세스할 수 있습니다.

그림 5: ADIN1100 이더넷 PHY 인터페이스 평가 기판 (이미지 출처: Analog Devices Inc.)

또는 하드웨어 구성 스위치와 링크를 설정하여 EVAL-ADIN1100EBZ 기판을 독립형 모드로 작동할 수도 있습니다. 운영자는 EVAL-SPOE-KIT-AZ LTC4296-1 PoE 전력 관리 평가 기판을 활용하여 외부 호스트 컨트롤러에 연결하도록 쉽게 구성할 수 있는 ADIN1100 데이터 및 관리 인터페이스를 통해 온보드 LED의 상태를 모니터링할 수 있습니다.

결론

산업용 사물 인터넷(IIoT)을 위한 견고하고 안정적인 인프라를 구축하려면 고품질 단일 쌍 이더넷(SPE)이 필요합니다.

TDK Electronics는 Analog Devices Inc.와 함께 최고급 SPE를 제공하여 클라우드부터 지상까지 손쉽게 통신할 수 있도록 지원하는 것으로 유명합니다.