隨著數(shù)字化更深地融入我們生活的方方面面，不同設(shè)備和機器之間持續(xù)交換的數(shù)據(jù)量也在不斷增加。特別是在工業(yè)領(lǐng)域，傳統(tǒng)的通信技術(shù)開始達到極限，而以太網(wǎng)（本例中為工業(yè)以太網(wǎng)）開始成為新的標準。借助以太網(wǎng)，可以在長達100米的距離內(nèi)實現(xiàn)千兆級的較高數(shù)據(jù)速率，如果使用光纖電纜，甚至能達到幾千米。

以太網(wǎng)是IEEE 802.3中規(guī)定的一種接口規(guī)范。以太網(wǎng)物理(PHY)層是IEEE 802.3的其中一個元素。它是一種收發(fā)器組件，用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)或以太網(wǎng)幀。在OSI模型中，以太網(wǎng)覆蓋第1層（物理層）和第2層（數(shù)據(jù)鏈路層）的一部分。

物理層指定電信號類型、信號速率、介質(zhì)和連接器類型以及網(wǎng)絡(luò)拓撲。以太網(wǎng)PHY可以映射到該層中，如表1所示。

表1. OSI模型

PHY構(gòu)成物理接口，負責(zé)對純數(shù)字系統(tǒng)和信號傳輸介質(zhì)之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行編碼和解碼。因此，它代表著接口的數(shù)字連接層和電子連接層之間的橋梁。

數(shù)據(jù)鏈路層定義在介質(zhì)上進行通信的方式，以及傳輸和接收消息的幀結(jié)構(gòu)。這意味著，它定義著如何排列來自線路的位來從位流中提取數(shù)據(jù)。在以太網(wǎng)中，這稱為介質(zhì)訪問控制(MAC)，它緊鄰著PHY，但在數(shù)據(jù)鏈路層中。MAC通常會集成到控制器或開關(guān)中。

PHY可以是分立元件，也可以集成到以太網(wǎng)控制器中。圖1的簡化框圖中顯示了所需的以太網(wǎng)組件和分立式PHY。

圖1. 以太網(wǎng)連接的簡化框圖。

如果設(shè)計必須采用分立式PHY，那么在選擇PHY時應(yīng)牢記幾個標準。

選擇工業(yè)PHY時應(yīng)考慮的幾個重要標準

在工業(yè)應(yīng)用中，數(shù)據(jù)傳輸和網(wǎng)絡(luò)必須能夠在較寬的溫度范圍內(nèi)保持高度可靠性并具有故障安全功能。所有組件均需如此。

網(wǎng)絡(luò)周期時間

網(wǎng)絡(luò)周期時間是控制器收集和更新所連器件的數(shù)據(jù)所需的時間。具有低延遲的PHY可以縮短網(wǎng)絡(luò)周期時間，從而改善網(wǎng)絡(luò)更新時間，對于時間關(guān)鍵型應(yīng)用，這一點至關(guān)重要。這樣一來，便可以將更多器件連接到網(wǎng)絡(luò)。

抗干擾能力/穩(wěn)健性

工業(yè)應(yīng)用中的工作環(huán)境通常都很惡劣。PHY會直接連接至或通過小型磁性元件連接至電纜，這些連接可能帶來干擾（輻射或傳導(dǎo)），所以PHY必須要能夠耐受常見的外部條件。

CISPR 32、IEC 61000-4-2至IEC 61000-4-6等EMC標準可以作為衡量PHY規(guī)范的基準?？煽康腜HY有助于通過認證，以及避免通常較為繁瑣的重新設(shè)計工作。

損耗和溫度范圍

用于工業(yè)應(yīng)用的器件通常采用IP65/IP66等級的防塵和防潮保護，這限制了用于冷卻電子器件的氣流。同時，工業(yè)應(yīng)用中的器件常常需要承受高溫環(huán)境。此外，在線形和環(huán)形拓撲中，通常需要使用兩個以太網(wǎng)連接，因此也就需要兩個PHY，這使得與數(shù)據(jù)輸入和輸出相關(guān)的PHY損耗翻倍。所以，應(yīng)選擇具有低損耗的PHY，以更大限度地降低器件的自發(fā)熱。