作者：德州儀器Gen Vansteeg
乙太網路已經融入你我的日常生活，從商店的POS系統、體育場館的LED看板，到工業自動化流程，都能發現它的蹤影。乙太網路看似無所不在，但在某些領域仍無法廣泛應用，其中一個便是遠端工業、建築與流程自動化應用（如圖1的現場感測器）。本篇文章將聚焦此一領域，探討頻寬為10Mbps的長距離（1公里以上）雙線網路。
圖1：使用10BASE-T1L乙太網路的現場感測器
乙太網路尚未「連通」這些應用有幾個因素，主要原因在於一直到近期，乙太網路規格都無法支援這類應用所需要的纜線長度。在缺乏規範、規格的情況下，設計人員在開發網路時，必須採用現有的乙太網路標準與其他方法，然而這麼做也會產生許多問題，例如增加閘道支援多個協定時，也會大幅提高系統複雜度。
佈線則是另一個問題，如圖2所示，標準乙太網路通常包含二至四條雙絞線，並不適用單對通訊。
圖2：適用於建築控制應用的 10/100 Mbps 標準乙太網路介面
以長距離應用而言，工廠與建築自動化設計人員多半採用現有的單對現場匯流排技術，例如4至20 mA電流迴路、HART 通訊協定（Highway Addressable Remote Transducer，高速可定址遠端傳感器）、CC-Link（Control & Communication -Link，控制與通訊連結）等，因此透過協定轉換將乙太網路加入網路設計可提高佈線成本與系統重量。
所幸單對乙太網路實體層能提供解方，尤其是符合10BASE-T1L標準的實體層，能幫助工程師提高工業通訊的頻寬，在單一介面協定下簡化網路設計，而且不必擔心佈線成本或網路複雜度因此上升。
TI 乙太網路實體層透過單一纜線將10 Mbps乙太網路訊號傳得更遠
進一步瞭解DP83TD510E 10BASE-T1L 乙太網路實體層，如何在製程、工廠與建築自動化應用中將工業通訊的傳輸距離延伸至1.7公里。
什麼是單對乙太網路？
簡單來說，單對乙太網路即是以雙絞線為傳輸線材的乙太網路。這項標準讓電力與資料傳送能在一對纜線上同時進行，又稱為PoDL資料線供電（power over data line）。
單對乙太網路的規格大致分為三類，如表1所列。
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標準 |
IEEE 802.3cg 10BASE-T1L |
IEEE 802.3bw 100BASE-T1 |
IEEE 802.3bp 1000BASE-T1 |
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頻寬 |
10 Mbps |
100 Mbps |
1000 Mbps |
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纜線傳輸距離 |
1,000公尺（2.4 V p2p）；200公尺（1 V p2p） |
50公尺 |
15公尺 |
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功率消耗 |
<110 mW |
<220 mW |
<600 mW |
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通訊方式 |
全雙工 （full duplex） |
全雙工 |
全雙工 |
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媒體存取控制介面 |
媒體獨立介面（MII）、簡化媒體獨立介面（RMII） |
MII、RMII、串列十億位元媒體獨立介面（SGMII）、簡化十億位元媒體獨立介面（RGMII） |
RGMII、SGMII |
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可用TI乙太網路實體層 |
DP83TD510 |
DP83TC811 |
DP83TG720 |
表1：單對乙太網路規格與對應的TI乙太網路實體層
單對乙太網路命名規則為「xBASE-T1」。依其實作規格，傳輸速度為1 Gbps的單對乙太網路為「1000BASE-T1」，速度為100 Mbps的乙太網路為「100BASE-T1」，速度為10 Mbps則稱為「10BASE-T1L」或「10BASE-T1S」。這三種版本都能對應到國際電機電子工程師學會（IEEE）批准通過的802.3標準。表1整理了各類別之間的主要差異。本篇文章主要探討傳輸速度為10 Mbps的10BASE-T1L於長距離網路的應用。
10BASE-T1L單對乙太網路有什麼主要優勢？
為了讓操作人員與邊緣節點之間的資料傳輸更快速流暢，一般會使用協定轉換與其他介入，但是單對乙太網路不只能簡化佈線，也能省去這項麻煩。簡化的資料傳輸也解決了前面談到的問題，且能支援大量資料，有助強化預測性維護，提升系統狀況、安全性與傳輸量。
如圖3所示，連結性提升後，從任何連網裝置的應用程式，到現場傳送器、大樓控制器等最遙遠的邊緣節點，都能在不影響距離或資料傳輸速率的前提下存取乙太網路。在某些案例中，既有的電纜線束也能重複用於升級部分舊有的現場總線協定。
圖3：應用於建築控制器的 10/100 Mbps單對乙太網路介面
如DP83TD510的10BASE-T1L單對乙太網路實體層（PHYs）功耗低，能創造功率餘裕給其他重要的系統元件，提升功率效率，進而降低整體操作成本，也有助減少碳排。低功耗的DP83TD510也能支援外部終端電阻器，達到 APL（Ethernet Advanced Physical Layer，乙太網路先進實體層）規格定義的本質安全需求。
歡迎參閱應用指南「運用IEEE 802.3cg 10BASE-T1L乙太網路實體層提高網路傳輸距離與連結性」，了解DP83TD510E如何協助設計人員延展網路電纜的傳輸距離。
隨著IEEE 802.3cg新標準批准採用，運用雙絞線傳輸資料的速度與距離均大幅提升。這項創新讓設計人員能將乙太網路的觸角延伸到網路最遙遠的邊緣節點，也能以「無遠弗屆」的方式，在單一協定下簡化網路管理。
關於德州儀器（TI）
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