低功耗以太網(wǎng)PHY對于樓宇自動化的深遠影響

以太網(wǎng)（電氣和電子工程師協(xié)會[IEEE] 802.3）在樓宇自動化中的使用量正在增長，使得使用增強型傳感器和控制網(wǎng)絡的智能樓宇能夠管理環(huán)境系統(tǒng)（如照明和暖通）、訪問控制、安保系統(tǒng)、安全系統(tǒng)，甚至預防性維護監(jiān)控。新型樓宇通常使用帶專用5類增強型（Cat5e）布線、以太網(wǎng)交換機和路由器的樓宇自動化網(wǎng)絡。即使是現(xiàn)有的樓宇空間也在進行改裝，以適應聯(lián)網(wǎng)的傳感器和控制裝置。

改裝具有挑戰(zhàn)性基于兩個原因：

?需為最初未配置電源的部位提供電源。

?安裝空間有限，因為多數(shù)改裝的樓宇起初并未設計用于容納墻壁、天花板和地板中的傳感器和控制器。

盡管許多商業(yè)和工業(yè)樓宇最初設計用于適應輕松重新配置內(nèi)部空間，但支持易于配電并提供小尺寸的傳感器和控制器技術使得使用以太網(wǎng)基自動化改裝這些樓宇更為可行。

在樓宇自動化中部署以太網(wǎng)

以太網(wǎng)在樓宇自動化中的使用量正在增長歸于以下幾個原因。

首先，作為一種成熟的網(wǎng)絡技術，它提供了一個完善的硬件和軟件生態(tài)系統(tǒng)，使工程師能夠快速開發(fā)即插即用的解決方案。它位于開放系統(tǒng)互連模型的基礎，因此支持使用基于標準的數(shù)據(jù)通信進行聚合、傳輸、交換、處理和存儲。

其次，以太網(wǎng)可集成不同供應商的產(chǎn)品，避免使用專有接口。

第三，以太網(wǎng)提供比多數(shù)現(xiàn)有的點對點或面向總線的通信協(xié)議更快的數(shù)據(jù)速度。這歸于三個原因：

?許多傳感器以低數(shù)據(jù)速率運行，因此可由單個控制器實體提供服務。而該實體將其較慢的數(shù)據(jù)流聚合到轉儲到網(wǎng)絡上的單個高速數(shù)據(jù)流中，從而減少了將數(shù)據(jù)帶到集中管理和運營中心所需的物理連接數(shù)量。

?更快的數(shù)據(jù)速度意味著可更快地響應在傳感器端檢測到的事件。這對于安全相關系統(tǒng)（火災、煙霧、二氧化碳、氣體檢測等）、安保和訪問控制至關重要。

?更高的數(shù)據(jù)速率擴展了某些類型傳感器的部署 - 最顯著的是用于監(jiān)視的攝像頭。IP網(wǎng)絡攝像頭IPNCs）取代了基于模擬的閉路電視攝像頭技術。該技術使用模擬圖像傳感器，以及依賴于專用同軸電纜的模擬傳輸系統(tǒng)。IPNC生成完全數(shù)字化的視頻流，并具有內(nèi)置網(wǎng)絡協(xié)議引擎，允許使用Cat5e電纜連接到100BASE-TX網(wǎng)絡。

綜合電源和網(wǎng)絡

能夠更廣泛部署IPNC的另一個因素是IEEE 802.3標準的擴展，以包括以太網(wǎng)供電（PoE）。IEEE 802.3at-2009和IEEE 802.3bt引入了支持通過Cat5e進行電力傳輸?shù)臉藴?。如標準中所述，備選方案A使用有效數(shù)據(jù)對來傳輸功率，而備選方案B使用備用雙絞線，從而分離數(shù)據(jù)和功率。

大多數(shù)IPNC目前使用100BASE-TX。它使用兩對Cat5e雙絞線，留下備用雙絞線供電。標準定義了位于電纜兩端的兩個實體。供電設備（PSE）負責向電纜另一端的受電設備（PD）進行電力輸送。標準定義了四種不同類型的使用場景，它們對應于最大功率傳輸能力的四個級別。表1總結了這些類型。

表 1：PoE類型和電力傳輸規(guī)范

從表中可以看出，每種類型都支持在PD可用的有限功率預算。因此，在PSE和PD中使用節(jié)能設備至關重要。

系統(tǒng)示例

圖1所示為使用PoE的示例樓宇自動化網(wǎng)絡。此示例所示為傳感器控制器和連接到網(wǎng)絡交換機的IPNC的組合。而網(wǎng)絡交換機也是電源注入器。以標準化語言講，它是PSE。鏈路另一端的傳感器控制器和IPNC是PD。在每個PD中合并物理層（PHY）處理以太網(wǎng)通信。

鑒于PoE旨在使傳感器（如IPNC）能夠部署到可能無可用功率或難以配置功率的位置，因此PHY消耗盡可能少的功率預算。從表1中可看出，1類 PoE鏈路在PD端的功率預算為12.95 W。功率轉換和調(diào)節(jié)模塊會有一些損耗，使得應用電路可用的功率小于12.95 W。PHY應僅消耗幾百毫瓦或更少功率，為傳感器節(jié)點或IPNC留下絕大部分功率。

圖 1：樓宇自動化網(wǎng)絡拓撲的示例

DP83825I10- / 100-以太網(wǎng)PHY為樓宇自動化組件（如傳感器控制器、照明控制器和IPNC）提供緊湊型低功耗連通性解決方案。它在100 Mbps時僅消耗135 mW，采用24管腳、3 mm×3 mm、四方扁平無管腳封裝，是業(yè)界最小的一種10/100 PHY。DP83825I具有介質(zhì)相關接口和介質(zhì)訪問控制（MAC）接口中的集成終端電阻，以及減少MAC上介質(zhì)獨立接口的低管腳數(shù)，使系統(tǒng)設計人員能夠?qū)崿F(xiàn)小型解決方案并分配更多電路板空間和應用電路的電源。