由于各種原因，工業(yè)環(huán)境對(duì)于數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)尤其具有挑戰(zhàn)性。除非采取一切預(yù)防措施，否則通常會(huì)充斥電磁干擾（EMI），否則這些嘈雜的環(huán)境會(huì)嚴(yán)重破壞過(guò)程控制，自動(dòng)化反饋監(jiān)控以及使用雙絞銅線鏈路建立的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。由于鏈路之間的接地電位不同，這些環(huán)境還可能產(chǎn)生過(guò)大的接地環(huán)路電流，從而極大地提高了系統(tǒng)，I / O卡和組件之間的電流絕緣。

為工業(yè)環(huán)境做出正確的選擇

由于各種原因，工業(yè)環(huán)境對(duì)于數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)尤其具有挑戰(zhàn)性。除非采取一切預(yù)防措施，否則通常會(huì)充斥電磁干擾（EMI），否則這些嘈雜的環(huán)境會(huì)嚴(yán)重破壞過(guò)程控制，自動(dòng)化反饋監(jiān)控以及使用雙絞銅線鏈路建立的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。由于鏈路之間的接地電位不同，這些環(huán)境還可能產(chǎn)生過(guò)大的接地環(huán)路電流，從而極大地提高了系統(tǒng)，I / O卡和組件之間的電流絕緣。數(shù)據(jù)速率的提高進(jìn)一步加劇了這些問(wèn)題，使有效的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)面臨挑戰(zhàn)，而媒體選擇也變得至關(guān)重要。

光纖鏈路為工業(yè)環(huán)境帶來(lái)的這些和其他問(wèn)題提供了解決方案。例如，在許多工業(yè)應(yīng)用中，例如RS-485和快速以太網(wǎng)，聚合物光纖（POF）一直在穩(wěn)步取代銅纜。與可以充當(dāng)天線并在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中傳播噪聲的銅纜不同，玻璃纖維和塑料纖維是介電材料，因此不受電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，AC / DC電力逆變器和配電系統(tǒng)中常見(jiàn)的雜散電磁場(chǎng)的影響。這些光纖甚至可以與高壓電力電纜一起放置在導(dǎo)管中，而無(wú)需擔(dān)心串?dāng)_，而雙絞銅纜則需要最短的距離或昂貴的電力線屏蔽，以確保無(wú)錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)傳輸。

光纖還完全消除了接地回路及其潛在的噪聲和安全問(wèn)題。其固有的絕緣特性使系統(tǒng)集成變得簡(jiǎn)單而有效。光纖也是高壓應(yīng)用中所需的許多監(jiān)視和控制功能的理想選擇，它是迄今為止通過(guò)隔離柵將控制觸發(fā)器連接到高電流/電壓開(kāi)關(guān)電路的最佳介質(zhì)。

許多設(shè)計(jì)工程師都不愿在其數(shù)據(jù)和控制網(wǎng)絡(luò)中使用光纖。在大多數(shù)情況下，這是由于人們認(rèn)為的成本劣勢(shì)，對(duì)易用和/或安裝的擔(dān)憂，或者僅僅是對(duì)銅的更加熟悉，以及過(guò)多的傳統(tǒng)銅基礎(chǔ)設(shè)施所致。但是，正如本白皮書(shū)將演示的那樣，在電絕緣，共模抗擾性和電磁干擾（EMI）抗擾性方面，光纖是銅的可行替代品。此外，它在成本方面具有競(jìng)爭(zhēng)力，并且在某些環(huán)境下，與銅相比，它更易于使用，設(shè)計(jì)和安裝。

電絕緣

銅線是一項(xiàng)成熟的技術(shù)，已成功用于各種工業(yè)，醫(yī)療和專有應(yīng)用中的數(shù)據(jù)傳輸，但是在許多情況下，銅可能難以使用或無(wú)法使用。設(shè)計(jì)人員通常采用差動(dòng)線路接收器，RF，電磁，電容或光耦合器以及變壓器來(lái)確保足夠的電絕緣（即，將電氣系統(tǒng)的功能部分分開(kāi)以防止直流電流通過(guò)）。但是，設(shè)計(jì)人員還必須確保在初次安裝期間和之后的所有操作均不得破壞數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是由相鄰的電源線或地電位的差異引起的電纜噪聲引入的。在存在很大的開(kāi)關(guān)電流和電壓的情況下，例如大型風(fēng)力渦輪機(jī)或太陽(yáng)能電池板陣列，這些預(yù)防措施可能會(huì)被證明是不夠的。

與銅線不同，光纖不需要嚴(yán)格的接地規(guī)則來(lái)避免接地環(huán)路干擾，也不需要端接電阻器來(lái)避免反射。正確使用的光收發(fā)器和光纜可以防止雷擊對(duì)設(shè)備造成昂貴的損壞，并為戶外和塔頂安裝應(yīng)用提供更安全的隔離。

根據(jù)IEC 664-1：1992標(biāo)準(zhǔn)值（圖1），即使在最惡劣的環(huán)境（即室外）中，工作電壓10kV的最小標(biāo)準(zhǔn)距離也為45cm，這被認(rèn)為是超短鏈路。典型的塑料光纖應(yīng)用。在平均安裝長(zhǎng)度為10m的情況下，可能的工作電壓超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)20倍。因此，光纖的電絕緣性能非常適合惡劣的工業(yè)環(huán)境。

根據(jù)IEC 664-1：1992標(biāo)準(zhǔn)值建議的最小爬電距離

鏈節(jié)還必須提供足夠的間隙，以防止由于高壓尖峰而產(chǎn)生電弧。為了證明光纖的功效，我們使用40mm的光學(xué)鏈路（最短的鏈路長(zhǎng)度），45mm的間隙和55mm的爬電距離設(shè)置創(chuàng)建了一個(gè)測(cè)試裝置（圖2）。裝置承受的電壓為20kV（14kVrms），這是可用測(cè)試設(shè)備所能達(dá)到的最大電壓，沒(méi)有放電。但是，發(fā)送端和接收端的這種緊密接近是現(xiàn)實(shí)世界中光纖鏈路的典型特征。但是，這表明光纖很容易提供足夠的間隙來(lái)抑制由于高壓尖峰引起的電弧放電。

電絕緣測(cè)試配置

共模隔離

抑制工業(yè)通信鏈路中的共模噪聲或接地環(huán)路是魯棒鏈路設(shè)計(jì)的主要考慮因素。一種常見(jiàn)的解決方案是使用光耦合器在數(shù)據(jù)源（?P，UART等）與驅(qū)動(dòng)雙絞線電纜的銅收發(fā)器之間放置長(zhǎng)達(dá)15 mm的電絕緣。這可以防止共模噪聲傳播到敏感的Rx決策電路中，而后者可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸中的錯(cuò)誤。但是，由于耦合器中的發(fā)射器和接收器非常接近，因此僅在跨隔離柵使雜散電容最小的情況下才有效。隔離材料的使用可確保共模噪聲“尖峰”不會(huì)從輸入到輸出交叉。使用光纖鏈路方法時(shí)，由于標(biāo)準(zhǔn)鏈路長(zhǎng)度為幾米，實(shí)際的有效隔離屏障變?yōu)槊祝ú皇呛撩祝＿@有效地將雜散電容減小到零，從而消除了任何實(shí)際的共模噪聲路徑。

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