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 以太网交换机原理

以太网交换机，作为我们广为使用的局域网硬件设备，它的普及程度其实是由于以太网的使用，作为以太网的主流设备，几乎所有的局域网中都会有这种设备的存在。看看以下的拓扑，会发现，在使用星型拓扑的情况下，以太网中必然会有交换机的存在，因为所有的主机都是使用电缆集中连接到交换机上从而能够互相连接的：

标准的线缆集中连接设备是“HUB（集线器）”，但是集线器存在着：共享带宽、端口间等问题，因为大家都知道，标准的以太网是一个“的网络”，也就是说在一个所谓“域”里面，多只有两个节点可以互相通讯。而且，虽然集线器有很多端口，但是其内部结构完全是以太网所谓的“总线结构”，也就是说其内部只有一条“线路”来进行通信。如果上图中的设备是集线器的话，举个例子来说，假如端口1 和 2 之间的节点正在通信，其它端口是需要等待的。直接造成的现象也就是，比如端口 1和 2 所连接节点之间传送数据需要 10 分钟，端口 3 和 4 所在的节点在此同时也开始通过此集线器传输数据，互相间，造成大家所需的时间都会变久，时间可能会达到 20 分钟才能传送完毕。也就是说集线器上互相通讯的端口越多，越严重，传送数据所需的时间越久。
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以太网用于运动控制的三个原因

以太网正成为工业应用中日益重要的网络。就运动控制而言，以太网、现场总线以及其他技术（如组件互连）历来都是相互竞争的，用以在工业自动化和控制系统中获得对一些苛刻要求的工作负载的处理权限。运动控制应用要求确定性（保证网络能够及时将工作负载传送至预定的节点），这是确保位置保持所必需的，这进而又将确保驱动器的精确停止、适当的加速/减速以及其他任务。

标准的IEEE 802.3以太网从未达到这方面的要求。即使全双工交换和隔离域淘汰了过时的CSMA/CD数据链路层，但它还是缺乏可预测性。此外，典型堆栈中的TCP/IP的高度复杂性并未针对实时流量的可靠传送进行优化。因此，现场总线以及带有基于ASIC的PCI卡的PC控制架构一直是常见的运动控制解决方案。
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从EtherNet/IP®到EtherCAT®的以太网解决方案以其独特的方式克服了这些缺点。尽管工业以太网相较于别的替代技术还有一些其它优势，然而它在运动控制中还远没有占到主导地位。我们来看看它能够并且将会在未来几年的竞争中越来越被接受的三个原因。

融合而不是增加复杂性

随着时间的推移，企业IT与工厂之间的互联不断增加，导致了系统更复杂，往往将标准以太网和工业以太网与现场总线混合使用。例如，机器可能会利用：

适用于与伺服器进行通信的SERCOS1

适用于联网变频驱动器的PROFIBUS®

适用于故障安全现场总线通信的SafetyBUSp

适用于连接至传感器的DeviceNet

适用于向终用户发送数据、通过网关访问的以太网

确定性适用于运动控制应用

运动控制依赖于精确通信。这种精确性通过使用基于时隙的调度来支持，每个设备在调度策略中都有一个与其它设备进行通信的调度表。这些伺服驱动器和控制器计算出它们各自的时序，由此可计算出控制函数的ΔT值。但是，如果数据传输变得无法预测，则可能会丢失结果，因此需要确定性来确保环路的稳定性。

以太网能够支持工厂中苛刻的运动控制应用

在某些情况下，通过直接集成于英特尔®芯片内的加速器电路在EtherNet/IP中实施IEEE1588，只是以太网解决方案用于强制确定性的一种常见机制。EtherCAT的高速实时处理是运动控制应用中如何实现始终如一的预测性能的另一个示例。EtherCAT突破了基于PCI的集中式通信的严格物理限制，即要求机器处理单元和伺服处理器之间可快速通信但需要保持短距离。 以太网交换机连接方法；

展示了使用分立元件的千兆以太网接口电路图。LAN 变压器在电子设备和网线之间提供直流隔离。初级侧绕组的中心抽头进行了“Bob Smith”匹配：每对线连接一个 75 Ω 电阻到“星形点”，然后通过两个并联的 100pF/2kV 电容接到机壳地。X3 模块中集成了共模电感，可抑制较长的网线通过容性或感性耦合的噪音，这些共模干扰可能会影响通信。

展示的是以太网接口区域四层PCB板布线。金属壳接地与四层中所有PHY侧GND 隔离，因此金属壳的接地平面不会与其它层的GND平面重叠，尽可能减小电容耦合。地平面以 4 毫米网格的过孔连接。网口差分信号参考地平面，阻抗 100 Ω ,差分线的宽度 0.154mm，间距 0.125mm。RJ45连接器位于 PCB 的边缘，确保与金属外壳的低阻抗连接。 千兆以太网的测试模式设置寄存器定义；北京以太网测试价格优惠

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以太网测试的实际连接图

在测试过程中，测试软件会提示用户把被测设备设置成不同的测试模式以完成不同项目的测试，如千兆以太网中就规定了4种测试模式针对不同的测试。软件运行后，示波器会自动设置时基、垂直增益、触发等参数并进行测量，测量结果会汇总成一个html格式的测试 报告，报告中列出了测试的项目、是否通过、spec的要求、实测值、margin等，

值得注意的是，以太网的信号测试并不是用探头搭在正常工作的电缆上完成的，因为以 太网信号属于高速信号，所以必须在信号末端的端接电阻处做测试才是准确的，这也就是使 用测试夹具的目的。 自动化以太网测试推荐货源