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

　　為了實現自動化環境中復雜的任務，工業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，用于工業通信的芯片是其中不可或缺的重要器件。一個性能優異的工業通信芯片能給整個機器人系統帶來極低的延遲，這也是保證人機協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?

　　工業通信應用物理層設備

　　說到工業通信應用物理層設備就不得不提ADI的Chronous工業以太網物理層(PHY)組合。工業以太網PHY作為一種物理層收發器器件，會根據OSI網絡模式收發以太網幀。工業PHY的在應用中我們需要考慮到性能、穩定性以及功耗。Chronous系列在延遲和功耗上，都屬于業內第一梯隊，充分提高確定性應用中的數據傳輸和信號完整性。

　　(圖源：ADI)

　　ADIN1300就是ADI在工業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延遲發射小于68 ns，接收小于226 ns;在100BASE-TX MII延遲發射小于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，優化系統功率預算，在工業網絡中實現信號同步并支持TSN發展。

　　TI的工業PHY優勢在于尺寸小、抗擾度高同事還提供集成保護。這里依然選擇工業機器人應用的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以太網協議，可以滿足實時工業以太網系統中的嚴格要求，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。

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

　　工業通信REM交換機

　　除了工業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議堆棧。

　　(圖源：ADI)

　　這里以ADI的REM交換芯片fido5100為例，這是一個在工業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 以太網互聯網協議版本6(IPv6)和互聯網協議版本4(IPv4)交換機，可虛擬支持任意2層或3層協議。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

　　不僅是對于工業機器人，就整個工業場景運動控制而言，以太網、現場總線以及其他技術從來都是相互競爭的，用以在工業自動化和控制系統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機器人通信中發揮重要作用。