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Single Pair Ethernet: Industrietauglicher Filter für die SPE-Schnittstelle

| Redakteur: Kristin Rinortner

Für Anwendungen von Single Pair Ethernet in der Industrie hat Würth Elektronik eine Schaltung mit Übertragern als galvanische Trennung entwickelt. Die Schaltung bietet eine Isolation von 1,5 kV (60 s) gemäß IEC 62368-1.

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Single Pair Ethernet: Die erste industrietauglische Filter-Schaltung für die Single-Pair-Ethernet-Schnittstelle hat Würth entwickelt.
Single Pair Ethernet: Die erste industrietauglische Filter-Schaltung für die Single-Pair-Ethernet-Schnittstelle hat Würth entwickelt.
(Bild: Würth Elektronik)

Würth Elektronik hat eigenen Angaben zufolge die erste industrietaugliche SPE-Schaltung veröffentlicht, die vollständig kompatibel mit den Signalanforderungen nach IEEE-802.3 und der Anforderung einer Sicherheitsisolation nach IEC 62368-1 von 1,5 kV (60 s) ist.

Bild 1: Durch die Nutzung von nur einem Leitungspaar reduziert sich die Anzahl der passiven Bauelemente auf der Leiterplatte im Vergleich zum bisherigen Ethernet um bis zu 75%.
Bild 1: Durch die Nutzung von nur einem Leitungspaar reduziert sich die Anzahl der passiven Bauelemente auf der Leiterplatte im Vergleich zum bisherigen Ethernet um bis zu 75%.
(Bild: Wüth Elektronik)

Der Filter ist mit Abmessungen von 4,5 mm x 3,2 mm sehr kompakt ausgeführt und gewährleistet eine Signalstabilität bis zu einer Kabellänge von 40 m bei 100BASE-T1 bzw. bis zu 1000 m bei 10BASE-T1. Die obere Abbildung in Bild 1 demonstriert, dass im Vergleich zum herkömmlichen Ethernet (unten) und mit dem neuen SPE-Steckverbinder (rechts im Bild) bis zu 75% Platz auf der Leiterplatte eingespart werden kann.

Warum Single Pair Ethernet für die Industrie interessant ist

Single Pair Ethernet steht für eine neue Art der Datenübertragung. Im Unterschied zum Multipair Ethernet werden nur zwei Adern genutzt. Die geringe Anzahl an Leitungen sorgt für dünnere Kabeldurchmesser und spart Kosten.

Durch die Nutzung von nur einem Leitungspaar reduziert sich ebenfalls die Anzahl der passiven Bauelemente auf der Leiterplatte stark. So lässt sich in Verbindung mit dem sehr kompakten SPE-Steckverbinder bis zu 75% der Leiterplattenfläche einsparen, wie bereits oben erwähnt.

Ähnlich wie für Ethernet über vier Adernpaare ist auch für Single Pair Ethernet eine Isolation nach IEC 62368-1 (alt IEC 60950) vorgeschrieben. Dies entspricht einer Prüfspannung von 1500 V (60 s). 50-V-Isolationskondensatoren, die vor allem für Automotive Ethernet eingesetzt werden, erfüllen diese Anforderung nicht.

Das Unternehmen aus Waldenburg verfolgt hier einen neuen Ansatz: Statt mit zwei 50-V-Kondensatoren erfolgt die galvanische Trennung über einen Signalübertrager, ähnlich wie das bei LAN-Übertragern der Fall ist.

Die Übertrager der Serie WE STST sind für die Signalbandbreite von Single Pair Ethernet optimiert. Durch die Transformer-Mittelanzapfung zu GND werden auch Common Mode Signale effektiv abgeleitet.

Bild 2: Blockschaltbild des Filter-Designs für 100Base-T1.
Bild 2: Blockschaltbild des Filter-Designs für 100Base-T1.
(Bild: Würth Elektronik)

Zusätzlich verbessert ein Common Mode Choke, der stromkompensierte Datenleitungsfilter WE-CNSW, den Störschutz bereits bei Frequenzen ab 1 MHz, ohne dass das Nutzsignal beeinflusst wird. Eine TVS-Diode (WE-TVS) bietet einen ESD-Schutz nach IEC 61000-4-2 bis 8 kV.

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Alle passiven Bauelemente sind ab Lager verfügbar. Kostenlose Muster können angefragt werden.

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