前言：EtherCAT背板方案是一種插拔式設(shè)計(jì)方案，ESC（EtherCAT從站控制器）之間通過(guò)底板信號(hào)線相互連接。底板信號(hào)線為所支撐的器件提供電源和數(shù)據(jù)信號(hào)。ESC芯片多級(jí)從站之間通過(guò)LVDS（低壓差分信號(hào)）接口相連接，首端采用MII（介質(zhì)獨(dú)立接口）轉(zhuǎn)LVDS接口與主站進(jìn)行通信，此方案能夠?qū)崿F(xiàn)更高的帶寬和更低的延遲。

1.方案概述

EtherCAT背板方案采用EtherCAT協(xié)議進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。主站（如PLC）通過(guò)背板電源數(shù)據(jù)板向從站（如I/O模塊）發(fā)送數(shù)據(jù)幀，從站實(shí)時(shí)讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)。數(shù)據(jù)幀依次通過(guò)各個(gè)從站，每個(gè)從站僅處理自身相關(guān)數(shù)據(jù)，從而大幅減少通信延遲。

方芯半導(dǎo)體EtherCAT背板方案

2.方案特點(diǎn)

硬件設(shè)計(jì)：背板方案使用LVDS進(jìn)行EtherCAT數(shù)據(jù)通信，并在板級(jí)優(yōu)化抗干擾能力。

拓?fù)溥x擇：采用線性拓?fù)?，確保數(shù)據(jù)通信路徑最短，實(shí)現(xiàn)最小通信延遲。

同步機(jī)制：芯片內(nèi)部集成分布式時(shí)鐘功能，確保多設(shè)備時(shí)間一致性。

診斷功能：集成鏈路監(jiān)測(cè)、錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器等功能，便于快速故障定位。

熱插拔功能：耦合器模塊網(wǎng)絡(luò)端口支持帶電插拔，避免影響其他系統(tǒng)功能模塊。

3.背板方案模塊說(shuō)明

3.1 FCE1100耦合器模塊

（1）FCE1100_KSZ8721_2MII_LVDS開(kāi)發(fā)板

FCE1100_KSZ8721_2MII_LVDS模塊

基于EtherCAT從站控制芯片FCE1100制作的工業(yè)以太網(wǎng)開(kāi)發(fā)板。開(kāi)發(fā)板設(shè)計(jì)了外掛EEPROM芯片，用于XML文件配置的寫(xiě)入與存儲(chǔ)。選用KSZ8721BLI芯片作為以太網(wǎng)收發(fā)器。FCE1100配置了兩個(gè)MII接口和一個(gè)LVDS接口，LVDS通信通過(guò)金手指與底板插槽連接，與后級(jí)ESC從站模塊進(jìn)行EtherCAT通信。開(kāi)發(fā)板電源支持5V和3.3V兩種供電規(guī)格，與底板適配。與主站接口選用最常見(jiàn)的RJ45網(wǎng)卡接口，方便用戶(hù)快速靈活地應(yīng)用在各種工業(yè)自動(dòng)化場(chǎng)景中。

FCE1100：對(duì)標(biāo)倍福ET1100國(guó)產(chǎn)EtherCAT從站芯片絕對(duì)優(yōu)勢(shì)？

（2） FCE1200_KSZ8721_MII0_LVDS1開(kāi)發(fā)板

FCE1200_KSZ8721_MII0_LVDS1模塊

基于EtherCAT從站控制芯片F(xiàn)CE1200制作的工業(yè)以太網(wǎng)開(kāi)發(fā)板。開(kāi)發(fā)板設(shè)計(jì)了外掛EEPROM芯片，用于XML文件配置的寫(xiě)入與存儲(chǔ)。選用KSZ8721BLI芯片作為以太網(wǎng)收發(fā)器。FCE1200配置了一個(gè)MII接口和一個(gè)LVDS接口，LVDS通過(guò)金手指與底板插槽連接，與后級(jí)模塊進(jìn)行EtherCAT通信。電源支持5V和3.3V兩種供電規(guī)格，與底板適配。與主站接口選用最常見(jiàn)的RJ45網(wǎng)卡接口，方便用戶(hù)快速靈活地應(yīng)用在各種工業(yè)自動(dòng)化場(chǎng)景中。

3.2 級(jí)聯(lián)模塊

（1）FCE1200_LVDS開(kāi)發(fā)板

FCE1200_LVDS模塊

模塊集成了EtherCAT從站控制芯片F(xiàn)CE1200。開(kāi)發(fā)板外掛一顆EEPROM芯片，用于存儲(chǔ)描述信息和初始化配置FCE1200芯片，EEPROM通過(guò)I2C接口與FCE1200通信。FCE1200使用LVDS與前級(jí)和后級(jí)ESC模塊進(jìn)行通信，在此開(kāi)發(fā)板上LVDS通過(guò)金手指與底板插槽連接，實(shí)現(xiàn)從站級(jí)聯(lián)拓?fù)洹Ｍ瑫r(shí)在金手指端設(shè)計(jì)了5V和3.3V兩種供電方式，使客戶(hù)端可以實(shí)現(xiàn)不同的電源場(chǎng)景測(cè)試。

（2）FCE1302_LVDS_STM32F103開(kāi)發(fā)板

FCE1302_LVDS_STM32F103模塊

模塊集成了EtherCAT從站控制芯片F(xiàn)CE1302和微控制單元STM32F103。開(kāi)發(fā)板外掛一顆EEPROM芯片，用于存儲(chǔ)描述信息和初始化配置FCE1302芯片，EEPROM通過(guò)I2C接口與FCE1302通信。FCE1302通過(guò)SPI接口與微控制器STM32F103RCT6建立連接，數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá)20M，開(kāi)發(fā)板上預(yù)留了JTAG接口用于STM32F103RCT6的程序燒錄。

EtherCAT插片式I/O性?xún)r(jià)比不錯(cuò)的一款方案—FCE1302 插片式I/O介紹

FCE1302包含兩個(gè)通信端口，分別命名為端口0和端口1，兩個(gè)端口均使用LVDS與前級(jí)和后級(jí)ESC模塊進(jìn)行通信，在此開(kāi)發(fā)板上LVDS通過(guò)金手指與底板插槽連接，實(shí)現(xiàn)從站級(jí)聯(lián)拓?fù)洹Ｍ瑫r(shí)在金手指端設(shè)計(jì)了5V和3.3V兩種供電方式，使客戶(hù)端可以實(shí)現(xiàn)不同的電源場(chǎng)景測(cè)試。

3.3 通信底板

EtherCAT背板通訊底板模塊

背板方案通信底板是一種承載多個(gè)模塊（如I/O、耦合器）的物理基板，提供電源和通信通道，設(shè)計(jì)可搭載5臺(tái)從站設(shè)備并支持板級(jí)級(jí)聯(lián)。電源模塊通過(guò)左上角插槽為底板提供5V和3.3V兩種供電規(guī)格，并設(shè)有相關(guān)指示燈。通過(guò)跳線帽可對(duì)“電源A”和“電源B”進(jìn)行配置，“電源A”可選擇5V或3.3V輸入，“電源B”可選擇3.3V或懸空。各種靈活的供電方式使客戶(hù)端可以實(shí)現(xiàn)不同的電源場(chǎng)景測(cè)試。

4.核心優(yōu)勢(shì)

超高實(shí)時(shí)性：EtherCAT背板方案具備極高的實(shí)時(shí)性能，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備間的高精度協(xié)同控制與實(shí)時(shí)通信。

簡(jiǎn)化布線：背板集成電源和通信線路，無(wú)需復(fù)雜外部電纜，減少故障點(diǎn)，提升可靠性。

靈活擴(kuò)展：模塊化設(shè)計(jì)上，耦合器端預(yù)留擴(kuò)展網(wǎng)口用于熱插拔，可動(dòng)態(tài)增減從站設(shè)備（主站端需添加設(shè)備），適應(yīng)產(chǎn)線快速調(diào)整。

兼容性：支持多種拓?fù)洌ㄐ切?、線型、樹(shù)型），并可與其他以太網(wǎng)協(xié)議共存。

EtherCAT背板方案通過(guò)模塊化背板架構(gòu)，在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了高速、高精度、易擴(kuò)展的通信需求。其低延遲、高同步性特點(diǎn)尤其適合復(fù)雜控制系統(tǒng)，同時(shí)降低布線成本和維護(hù)難度，是未來(lái)智能工廠的核心技術(shù)之一。

審核編輯 黃宇