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

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

工業(yè)通信應用物理層設備

說到工業(yè)通信應用物理層設備就不得不提ADI的Chronous工業(yè)以太網物理層（PHY）組合。工業(yè)以太網PHY作為一種物理層收發(fā)器器件，會根據OSI網絡模式收發(fā)以太網幀。工業(yè)PHY的在應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)內第一梯隊，充分提高確定性應用中的數據傳輸和信號完整性。

ADIN1300就是ADI在工業(yè)機器人通信應用上首推的PHY，作為一款單端口的千兆以太網首發(fā)設備，兼顧低延遲和低功耗，能為機器人應用程序實現高速同步。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，名副其實的低延遲。低功耗則體現在對于1000BASE-T的330mW與對于100BASE-TX的140mW。

ADIN1300采用了緊湊型6 mm× 6 mm的40引腳架構芯片級（LFCSP）封裝，為實現最大的系統(tǒng)級設計靈活性，可通過單獨的VDDIO電源配置數據輸入/輸出管理和MAC接口電源電壓。除此之外，利用獨特的MAC PHY技術，可以重復使用不支持傳統(tǒng)以太網接口的現有低功耗處理器技術，并通過SPI進行連接，優(yōu)化系統(tǒng)功率預算，在工業(yè)網絡中實現信號同步并支持TSN發(fā)展。

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

DP83826 能夠提供很低的確定性延遲和低功耗，并支持10BASE-Te、100BASE-TX以太網協(xié)議，可以滿足實時工業(yè)以太網系統(tǒng)中的嚴格要求，確定性TX延遲為40ns，RX延遲為170ns。
。該器件包含可實現快速鏈接的硬件自舉、快速鏈路丟棄檢測模式以及用于對系統(tǒng)上的其他模塊進行時鐘同步的專用參考 CLKOUT。

這種小型的系統(tǒng)表現出的參數也的確讓人放心，系統(tǒng)中添加了用于增強 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——主動睡眠、深度斷電以及WoL局域網喚醒。

工業(yè)通信REM交換機

除了工業(yè)通信應用物理層設備，嵌入式實時以太網交換機器件系列也是不可忽視的助力。REM交換機能實現靈活的系統(tǒng)劃分，以便選擇適合應用需求的處理器，還可以自由地利用任何供應商協(xié)議堆棧。

這里以ADI的REM交換芯片fido5100為例，這是一個在工業(yè)機器人通信應用中被廣泛使用的器件，應用于可編程的 IEEE 802.3 10 Mbps/100 Mbps 以太網互聯網協(xié)議版本6（IPv6）和互聯網協(xié)議版本4（IPv4）交換機，可虛擬支持任意2層或3層協(xié)議。這種以太網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）來匹配復雜的工業(yè)場景。當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，同時支持低至12.5μs的EtherCAT周期時間和低至31.25μs的PROFINET周期時間。數據使用PriorityChannel隊列在交換機之間來回傳輸，確保實時數據傳輸可以無延遲地中斷非實時數據傳輸。這樣才能做到機器人應用程序的高速同步。

小結

不僅是對于工業(yè)機器人，就整個工業(yè)場景運動控制而言，以太網、現場總線以及其他技術從來都是相互競爭的，用以在工業(yè)自動化和控制系統(tǒng)中獲得對一些最苛刻要求的工作負載的處理權限。以太網展現出了不同網絡融合的可能性，基于以太網的通信芯片將在工業(yè)機器人通信中發(fā)揮重要作用。