工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展可謂是日新月異，不管是從提高生產(chǎn)力的角度，還是從人機(jī)互動(dòng)的角度來說，性能優(yōu)異的半導(dǎo)體器件都給工業(yè)機(jī)器人帶來了一次次大革新。協(xié)作性更強(qiáng)、更加智能化的工業(yè)機(jī)器人更適合承擔(dān)工業(yè)自動(dòng)化環(huán)境中復(fù)雜的任務(wù)。

　　為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化環(huán)境中復(fù)雜的任務(wù)，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用程序的高速同步是必不可少的。想要實(shí)現(xiàn)機(jī)器人應(yīng)用程序的高速同步，用于工業(yè)通信的芯片是其中不可或缺的重要器件。一個(gè)性能優(yōu)異的工業(yè)通信芯片能給整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)帶來極低的延遲，這也是保證人機(jī)協(xié)作足夠流暢足夠安全的必要條件。這種應(yīng)用向的器件該具備什么樣的性能呢?

　　工業(yè)通信應(yīng)用物理層設(shè)備

　　說到工業(yè)通信應(yīng)用物理層設(shè)備就不得不提ADI的Chronous工業(yè)以太網(wǎng)物理層(PHY)組合。工業(yè)以太網(wǎng)PHY作為一種物理層收發(fā)器器件，會(huì)根據(jù)OSI網(wǎng)絡(luò)模式收發(fā)以太網(wǎng)幀。工業(yè)PHY的在應(yīng)用中我們需要考慮到性能、穩(wěn)定性以及功耗。Chronous系列在延遲和功耗上，都屬于業(yè)內(nèi)第一梯隊(duì)，充分提高確定性應(yīng)用中的數(shù)據(jù)傳輸和信號(hào)完整性。

　　(圖源：ADI)

　　ADIN1300就是ADI在工業(yè)機(jī)器人通信應(yīng)用上首推的PHY，作為一款單端口的千兆以太網(wǎng)首發(fā)設(shè)備，兼顧低延遲和低功耗，能為機(jī)器人應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)高速同步。ADIN1300在1000BASE-T RGMII延遲發(fā)射小于68 ns，接收小于226 ns;在100BASE-TX MII延遲發(fā)射小于52 ns，接收小于248 ns，名副其實(shí)的低延遲。低功耗則體現(xiàn)在對(duì)于1000BASE-T的330mW與對(duì)于100BASE-TX的140mW。

　　ADIN1300采用了緊湊型6 mm× 6 mm的40引腳架構(gòu)芯片級(jí)(LFCSP)封裝，為實(shí)現(xiàn)最大的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)靈活性，可通過單獨(dú)的VDDIO電源配置數(shù)據(jù)輸入/輸出管理和MAC接口電源電壓。除此之外，利用獨(dú)特的MAC PHY技術(shù)，可以重復(fù)使用不支持傳統(tǒng)以太網(wǎng)接口的現(xiàn)有低功耗處理器技術(shù)，并通過SPI進(jìn)行連接，優(yōu)化系統(tǒng)功率預(yù)算，在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)信號(hào)同步并支持TSN發(fā)展。

　　TI的工業(yè)PHY優(yōu)勢(shì)在于尺寸小、抗擾度高同事還提供集成保護(hù)。這里依然選擇工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用的PHY-DP83826來看。

　　(圖源：TI)

　　DP83826 能夠提供很低的確定性延遲和低功耗，并支持10BASE-Te、100BASE-TX以太網(wǎng)協(xié)議，可以滿足實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)中的嚴(yán)格要求，確定性TX延遲為40ns，RX延遲為170ns。

　　。該器件包含可實(shí)現(xiàn)快速鏈接的硬件自舉、快速鏈路丟棄檢測(cè)模式以及用于對(duì)系統(tǒng)上的其他模塊進(jìn)行時(shí)鐘同步的專用參考 CLKOUT。

　　這種小型的系統(tǒng)表現(xiàn)出的參數(shù)也的確讓人放心，系統(tǒng)中添加了用于增強(qiáng) EMC 的集成電路，快速鏈路丟棄小于10μs。為了降低功耗(小于160mW)提供了可編程的節(jié)能模式——主動(dòng)睡眠、深度斷電以及WoL局域網(wǎng)喚醒。

　　工業(yè)通信REM交換機(jī)

　　除了工業(yè)通信應(yīng)用物理層設(shè)備，嵌入式實(shí)時(shí)以太網(wǎng)交換機(jī)器件系列也是不可忽視的助力。REM交換機(jī)能實(shí)現(xiàn)靈活的系統(tǒng)劃分，以便選擇適合應(yīng)用需求的處理器，還可以自由地利用任何供應(yīng)商協(xié)議堆棧。

　　(圖源：ADI)

　　這里以ADI的REM交換芯片fido5100為例，這是一個(gè)在工業(yè)機(jī)器人通信應(yīng)用中被廣泛使用的器件，應(yīng)用于可編程的 IEEE 802.3 10 Mbps/100 Mbps 以太網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議版本6(IPv6)和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議版本4(IPv4)交換機(jī)，可虛擬支持任意2層或3層協(xié)議。這種以太網(wǎng)交換芯片需要提供足夠多的端口和靈活的帶寬(10 Mbps、100 Mbps和1 Gbps)來匹配復(fù)雜的工業(yè)場(chǎng)景。當(dāng)然還要盡可能做到低功耗。

　　接口的傳輸速率是必須要保障的，fido5100給出的是每28 ns 32位，同時(shí)支持低至12.5μs的EtherCAT周期時(shí)間和低至31.25μs的PROFINET周期時(shí)間。數(shù)據(jù)使用PriorityChannel隊(duì)列在交換機(jī)之間來回傳輸，確保實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸可以無延遲地中斷非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。這樣才能做到機(jī)器人應(yīng)用程序的高速同步。

　　小結(jié)

　　不僅是對(duì)于工業(yè)機(jī)器人，就整個(gè)工業(yè)場(chǎng)景運(yùn)動(dòng)控制而言，以太網(wǎng)、現(xiàn)場(chǎng)總線以及其他技術(shù)從來都是相互競(jìng)爭(zhēng)的，用以在工業(yè)自動(dòng)化和控制系統(tǒng)中獲得對(duì)一些最苛刻要求的工作負(fù)載的處理權(quán)限。以太網(wǎng)展現(xiàn)出了不同網(wǎng)絡(luò)融合的可能性，基于以太網(wǎng)的通信芯片將在工業(yè)機(jī)器人通信中發(fā)揮重要作用。