【导读】10BASE-T1L单对于以太网技能正于从头界说工业通讯的界限，这项立异技能最年夜特点是可以或许于单对于双绞线上实现长达1000米的以太网传输，同时连结10Mbps的不变数据传输速度。该尺度最年夜的实用价值于在其对于电缆类型的广泛兼容性，可以或许充实使用现场已经有的各类电缆资源，极年夜降低了传统工业举措措施举行收集化革新的部署成本及繁杂度，为工业主动化、历程节制及楼宇主动化等范畴的数字化进级提供了更为经济高效的通讯解决方案。

择要

10BASE-T1L单对于以太网技能正于从头界说工业通讯的界限，这项立异技能最年夜特点是可以或许于单对于双绞线上实现长达1000米的以太网传输，同时连结10Mbps的不变数据传输速度。该尺度最年夜的实用价值于在其对于电缆类型的广泛兼容性，可以或许充实使用现场已经有的各类电缆资源，极年夜降低了传统工业举措措施举行收集化革新的部署成本及繁杂度，为工业主动化、历程节制及楼宇主动化等范畴的数字化进级提供了更为经济高效的通讯解决方案。

这类矫捷性也激发了一些常见问题，例如：是否利用任何电缆都能实现1千米的传输间隔？差别电缆类型的机能是否一致？链路机能及传输间隔取决在电缆的特征，而电缆特征又与电缆组织互相关注。本文总结了与该技能相干的电缆特征，描写了电缆传输间隔与这些特征之间的依靠瓜葛，并提供了已经测试电缆的列表。

简介

高级物理层及10BASE-T1L

高级物理层(APL)规范及IEEE 802.3cg 10BASE-T1L规范是两个差别的尺度，它们存于联系关系，但不克不及互相替换。IEEE 802.3cg尺度界说了经由过程单根双绞线举行长间隔以太网通讯的10BASE-T1L物理层，与运用无关；而APL尺度则于IEEE 802.3cg的基础上，针对于素质安全情况中的历程节制运用，进一步扩大了统一物理层的规范及界说。这象征着，任何APL器件都切合10BASE-T1L尺度（数据层，但不是经由过程数据线举行电力传输），但并不是每一款10BASE-T1L装备都切合APL尺度。

APL文件包括数据层规范及体系界说，涵盖了电磁兼容性(EMC)机能、电缆屏蔽毗连及收集拓扑等方面。例如，拜见图1，APL规范界说了统一收集内的两类数据链路：支线及干线。支线链路直接毗连到现场装备，长度不克不及跨越200 m，并且因为现场装备的素质安全情况，传输电平为1.0 V p-p。干线将现场互换机或者上游装备毗连到近来的功率开关，长度可达1000 m，并以2.4 V p-p传输电平运行。

其他10BASE-T1L运用，例如楼宇主动化技能的运用，不需要切合APL要求。是以，支线及干线的观点其实不合用在这些场景。事实上，该技能的收集拓扑是矫捷多样的，包括星形、线形、环形或者其组合情势。可以按照功率限定或者抗扰度要求来选择传输电平，而与传感器或者收集互换机的位置无关。这让用户可以越发矫捷地利用电缆，由于不管链路位在那边，均可以利用2.4 V p-p传输电平。电缆的旌旗灯号丧失容差可以更高，对于标称电缆阻抗的要求也不那末严酷。咱们将于后续章节中更具体地会商这些内容。

图1.（左）用在历程主动化运用的APL收集拓扑。（右）用在楼宇主动化技能的线形及环形拓扑。

尺度中划定的电缆特征

为了切合IEEE 802.3cg尺度，该文件的第146.7子条目划定了电缆必需满意的链路段特征。包括界说了插入损耗、回波损耗、最年夜链路延迟、差模至共模转换（合用在非屏蔽电缆）及耦合衰减（合用在屏蔽电缆）的限值。此外，对于在触及素质安全的运用，以和对于在爆炸区域（0区，高爆炸伤害；1区，可能孕育发生火警或者爆炸；2区，可能发生爆炸或者火警，但可能性不年夜）中的装备，APL规范文件针对于10BASE-T1L物理层的操作增长了一些法则及界说，包括电缆方面的界说：电缆分类、支线及干线链路的最年夜电缆长度、屏蔽等。

插入损耗

电缆的插入损耗以分贝(dB)为单元，用在权衡旌旗灯号沿传输线（电缆）的衰减环境。它等在传输旌旗灯号的功率与电缆结尾吸收的旌旗灯号功率之比。这类损耗或者衰减会跟着电缆长度及旌旗灯号频率的增长而增长。按照IEEE 802.3cg尺度，最年夜答应插入损耗随传输电平而变化：2.4 V p-p的最年夜答应插入损耗高在1.0 V p-p下的值，以顺应差别的旌旗灯号强度和对于应的要求。

IEEE 802.3cg规范

IEEE 802.3cg第146.7.1.1子条目对于两条限值曲线做了明确划定，详细内容以下：对于在1.0 V p-p传输电平：

对于在2.4 V p-p传输电平：

于两个方程中，f为频率，单元为MHz，且0.1 MHz≤f≤20 MHz。图2为1.0 V p-p及2.4 V p-p传输电平所对于应的插入损耗限值。

图2.10BASE-T1L 802.3cg插入损耗规格。

APL分类

APL电缆规范按照插入损耗将电缆分为四类，而插入损耗决议了支线或者干线数据链路的最年夜答应链路长度。这些分类也切合IEEE 802.3cg 10BASE-T1L电缆规范。1.0 V p-p及2.4 V p-p的插入损耗限值别离与支线及干线的运行要求一致。支线必需以1.0 V p-p运行，并遵守响应的插入损耗限值；而干线需以2.4 V p-p运行，并遵守更高的插入损耗限值。表1为所有APL电缆分类，以和缭绕电缆长度及插入损耗曲线的划定。

表1.APL电缆分类-插入损耗；f于公式3及公式4中的单元为MHz

请留意，公式4与IEEE 802.3cg 10BASE-T1L规范中的公式2不异，而公式3算患上的值不到公式1的一半。换句话说，毗连到支线的电缆须遵照更严酷的限定前提。

对于表1的准确理解是：特定类型的电缆要到达APL IV类尺度，其1000米样本的插入损耗必需低在公式4设定的阈值，假如不切合这一前提，则该电缆不切合IV类尺度；要到达APL III类尺度，电缆的750米样本的插入损耗必需低在公式4，假如不切合该尺度，但其500米长的样本切合要求，则该电缆属在APL II类；假如500米样本分歧格，但250米样本满意公式4阈值，则该电缆被归为APL I类；假如电缆不满意上述任何要求，则它不切合APL尺度。

回波损耗

抱负环境下，当旌旗灯号经由过程电缆的一端举行传输时，它应该被另外一真个负载彻底接收。然而，正如前面所会商的，因为电缆存于插入损耗，旌旗灯号会削弱，一些能量也会被反射回旌旗灯号源。这些反射征象是由变送器及电缆之间的阻抗不匹配或者电缆自己引起的，可能发生于任何位置。回波损耗用在量化反射回旌旗灯号源的旌旗灯号强度，凡是以分贝(dB)为单元。回波损耗等在发送的旌旗灯号与反射的旌旗灯号之比。与插入损耗同样，回波损耗随频率而变化。

假定电缆品质良好，则其阻抗于整个电缆长度上会连结一致，可以年夜年夜减轻阻抗不匹配环境（收发器的毗连点除了外）。假如某条电缆链路因毁坏或者施工不良而于某些处所呈现了妨碍，环境就差别了。然而，鉴在本文的宗旨，咱们不会商这类环境。

与IEEE 802.3cg 10BASE-T1L插入损耗规格差别，回波损耗规格与传输电平无关。这是由于，准确端接的电缆的回波损耗与其长度无关。是以，不管电缆长度是200米还有是500米，回波损耗都应该连结一致，除了非因制造工艺或者情况前提（如湿度及温度）的变化而孕育发生差异。

IEEE 802.3cg规范

IEEE 802.3cg尺度划定了电缆必需遵守的最小回波损耗曲线（与频率相干），以下所示：

此中，f为频率，单元为MHz。

APL规范

APL规范还有划定了切合APL尺度的电缆的最小回波损耗。此规范没有区别收发器的两个传输电平，于是比插入损耗简朴患上多。

此中，f为频率，单元为MHz。

请留意，APL电缆回波损耗规格分外增长了6 dB的裕量，是以比IEEE 802.3cg规格更严酷。图3显示，任何切合APL回波损耗规格的电缆也切合10BASE-T1L回波损耗规格，但并不是所有切合10BASE-T1L回波损耗规格的电缆都切合APL规格。

图3.10BASE-T1L及APL回波损耗规格。

最年夜链路延迟

链路延迟是指旌旗灯号从电缆一端传输到统一电缆另外一端所需的时间。这类延迟是由电缆的组织引起的，而且会跟着温度的变化而颠簸。链路延迟也能够暗示为电缆标称流传速率(NVP)的函数，NVP界说为旌旗灯号经由过程电缆的速率与光速之比。电缆NVP始终低在1.0，年夜大都电缆的NVP介在0.6及0.8之间。于某些环境下，电缆的NVP值可能靠近0.5，这象征着给定长度电缆的链路延迟更长。

IEEE 802.3cg中针对于10BASE-T1L划定的最年夜链路延迟是一个固定值，相称在长度为1589 m、NVP为0.6的电缆所孕育发生的延迟。据此，最年夜链路延迟为8834 ns。

模式转换及耦合衰减

电缆的插入损耗及回波损耗是决议电缆于正常环境下的机能的重要参数。然而，工业运用要求体系可以或许蒙受存于高电磁滋扰(EMI)的情况。这些滋扰既包括耦合到电缆的恒定频率旌旗灯号音，也有偶然呈现的高频高能脉冲。不管遭到何种滋扰，10BASE-T1L或者APL通讯链路都必需可以或许正常运行，防止数据丢掉。年夜大都EMI来自外部源，长单对于电缆是重要耦合机制之一。是以，电缆特征对于总体电磁抗扰度起着主要作用。

耦合衰减-屏蔽电缆

对于在屏蔽电缆，IEEE 802.3cg尺度划定了最小耦合衰减。它与差分耦合到数据对于的最年夜旌旗灯号量有关。于屏蔽电缆中，该最年夜旌旗灯号量取决在屏蔽的质量及笼罩率，以和统一对于导线中电线的对于称性。是以，差别的屏蔽会有差别的相应。例如，采用箔屏蔽加引流线的电缆与笼罩率90%的编织屏蔽电缆比拟，两者的机能可能会有所差别。

图4为IEEE 802.3cg针对于电磁情况E一、E2及E3中安装的体系的规格。E1对于应在室第、贸易及轻工业修建等电磁情况中部署的装备，E2对于应在其他工业修建的电磁情况中部署的装备，E3对于应在由车辆电池供电的装备。

图4.IEEE 802.3cg针对于屏蔽电缆的耦合衰减。

差模至共模转换-非屏蔽电缆

假定统一对于导线中的两根电线都是抱负且对于称的，则旌旗灯号应该以划一方式耦合，孕育发生的共模旌旗灯号可以由10BASE-T1L旌旗灯号路径中的MDI电路举行有用滤波。然而，电线之间的不合错误称可能致使部门共模旌旗灯号于传输线上体现为差模旌旗灯号。假如该旌旗灯号于10BASE-T1L方针带宽（100 kHz至20 MHz）内且充足年夜，它可能会粉碎主动协商历程或者数据传输。此外，这类不合错误称可能会将10BASE-T1L的部门差模旌旗灯号转换为共模旌旗灯号，从而增长电缆损耗并可能降低机能。

为相识决这些问题，IEEE 802.3cg尺度按照电缆运行的电磁情况划定了最小差模至共模转换(TCL)。图5为针对于电磁情况E1及E2的规格。

图5.IEEE 802.3cg针对于非屏蔽电缆的差模至共模转换规格。

特征与长度的依靠瓜葛

IEEE802.3cg 10BASE-T1L尺度没有针对于详细长度界说电缆特征，这致使很多关在最年夜传输间隔及合规性的疑难。例如，长度为1000米的Cat5/Cat6电缆凡是不切合10BASE-T1L尺度，由于其插入损耗跨越了公式1及2设定的限值，然而，不异类型的电缆于长度约700米时可能彻底切合要求。

插入损耗与电缆长度的依靠瓜葛

如前所述，插入损耗反应了旌旗灯号衰减环境，凡是以频率为参考举行暗示。是以，插入损耗（以dB为单元）与电缆长度成正比。

这象征着，假如一个链路段的长度是另外一条同类型电缆长度的k倍，则其总插入损耗也是较短电缆插入损耗的k倍。举例来讲，一条1000米长电缆样本的插入损耗曲线，约莫相称在另外一条同类型的100米长电缆样本的插入损耗曲线的十倍。

回波损耗与电缆长度的依靠瓜葛

假定电缆整体上的布局匀称（包括线径一致、电线间距恒定、每一米绞合数一致等），则电缆的回波损耗不随长度对于在10BASE-T1L通讯的频率规模而言，这个假定相称合理。然而，假如电缆由多段不异类型的电缆毗连而成，因为每一个毗连点可能存于反射，其回波损耗可能比单条持续电缆更差。为简朴起见，本节假定给定电缆类型的回波损耗连结稳定，与长度无关。

链路延迟与电缆长度的瓜葛

对于在给定电缆，旌旗灯号延迟与电缆长度成正比。经由过程电缆的旌旗灯号延迟因电缆类型而异，而且与其组织有关。凡是，电缆制造商以NVP为参考提供此信息。下面的公式8显示了怎样按照电缆的NVP值计较链路延迟。

此中，L是所会商电缆的长度，NVP是电缆的标称流传速率，c是光速。图6为两条电缆的链路延迟与电缆长度的瓜葛。一条电缆的NVP = 0.5；另外一条电缆的NVP = 0.8。请留意，纵然NVP值较低，尺度也能撑持跨越1300米的链路延迟。尺度中留有充足的余量，以确保其于温度变化下的鲁棒性及不变性。

图6.IEEE 802.3cg链路延迟规格，以和NVP = 0.5及NVP = 0.8的电缆的链路延迟与长度的瓜葛。

最年夜电缆长度

电缆传输间隔的重要限定因素凡是是插入损耗，APL分类基在该因素的缘故原由正于在此。插入损耗与电缆长度成正比，是以APL分类设置了电缆长度限定。

对于在非APL运用，10BASE-T1L技能提供了更年夜的矫捷性，撑持屏蔽及非屏蔽电缆、阻抗不匹配水平更高的电缆、电缆的再使用等。除了此以外，某些运用还有可使用凌驾IEEE 802.3cg尺度规格的电缆。为了顺应这些运用，ADI公司的10BASE-T1L产物系列预留了足够的裕量，撑持长达1700米的通讯间隔，并确保于各种电缆上都能稳健运行。

然而，差别电缆的最年夜传输间隔各不不异，并不是市场上的每一一类电缆都能到达1700米。有些电缆的旌旗灯号损耗可能较高，致使传输间隔较短。

最年夜传输间隔及电缆的IEEE 802.3CG合规性

假如举措措施旨于切合IEEE 802.3cg尺度，则电缆及PHY装备都必需切合该尺度。本节深切切磋插入损耗及回波损耗规格，以和合规性验证历程。此外，本节概述了用在估算及测试给定类型电缆最年夜传输间隔的要领。图7申明了怎样计较电缆的最年夜传输间隔。

图7.流程图，用在验证电缆样本是否切合插入及回波损耗规格，以和计较切合规格的最年夜电缆长度。

如图7所示，该流程图依靠在对于给定电缆样本的插入损耗及回波损耗的丈量。理论上，电缆的长度不会影响这些成果，但于实践中，丈量偏差会跟着电缆长度的减小而增长。是以，APL规范建议利用500米的电缆样本举行丈量。对于在非APL运用，为了得到可接管的成果，本文建议利用至少100米长的电缆举行丈量。

为了确保合规，初始步调包括评估电缆于差别频率下的回波损耗。假如回波损耗低在公式5中列出的阈值，则电缆不切合尺度，无需进一步测试。然而，假如电缆的回波损耗高在划定曲线，接下来则需要按照公式1或者2中设置的基准来评估电缆的插入损耗。假如插入损耗跨越这些曲线，则该电缆被视为分歧规。

验证插入及回波损耗以后，流程图提出了一种估算切合规格的最年夜答应长度的要领。详细实现方式以下：将测患上的插入损耗乘以因子k，以得到尽可能靠近公式1（针对于1.0 V p-p传输电平）或者公式2（针对于2.4 V p-p传输电平）所述的曲线。经由过程外推法，估算不异类型但长度是所测试样本长度k倍的电缆的插入损耗。方针是确定最年夜k值，使患上外推的插入损耗曲线始终低在所需的规格曲线，并于外推历程中迭代调解k值。

示例：

如下示例进一步注释了此要领。假定插入损耗及回波损耗已经丈量。

第1步：回波损耗验证

图8为给定类型、长度为100米的电缆X的回波损耗验证，以和IEEE 802.3cg及APL的回波损耗规格。请留意，电缆回波损耗丈量成果中的每一一点都年夜在APL及IEEE 802.3cg回波损耗规格。这申明，所丈量的电缆切合两种回波损耗尺度。

图8.回波损耗验证。蓝色迹线暗示给定类型电缆的回波损耗丈量成果；黄色迹线暗示APL回波损耗规格；红色迹线暗示IEEE 802.3cg回波损耗规格。

第2步：插入损耗验证

插入损耗可以经由过程绘制电缆插入损耗相对于在规格的曲线来验证，如图9所示。电缆X的插入损耗丈量成果如蓝色实线所示。请留意，此曲线远低在黄色及红色虚线所暗示的1.0 V p-p及2.4 V p-p 10BASE-T1L规格。

这象征着，任何统一类型、长100米的电缆X均可以用于1.0 V p-p或者2.4 V p-p的10BASE-T1L链路中。

图9.插入损耗验证。红色虚线：IEEE 802.3cg于2.4 V p-p传输电平下的最年夜插入损耗；黄色虚线：IEEE 802.3cg于1.0 V p-p传输电平下的最年夜插入损耗；蓝色实线：100米电缆X的插入损耗丈量成果。

第3步：切合IEEE 802.3cg尺度的最年夜长度的计较

本节重点先容IEEE 802.3cg尺度，而不是APL分类。可是，读者可以按照表1举行近似的阐发。

对于在测患上的插入损耗，可以将每一个数据点乘以因子k来外推。按照所采用的传输幅度（1.0 V p-p或者2.4 V p-p尺度），外推所患上曲线低在响应的尺度曲线。

图10显示了1.0 V p-p的IEEE 802.3cg插入损耗规格，以和选择k = 7所得到的外推曲线（绿线）。绿色曲线是将100米电缆样本的插入损耗的每一个数据点乘以k = 7获得的。请留意，得到的外推值略低在1.0 V p-p规格，这象征着700米（将k = 7乘以电缆长度患上出）是切合非APL运用的1.0 V p-p传输电平规格的类似最年夜长度。任何小在700米的长度也一样切合1.0 V p-p传输电平规格。

与此近似，图10还有显示了2.4 V p-p的IEEE 802.3cg插入损耗规格，以和k = 12时所得到的外推曲线（蓝线）。该曲线的得到方式与上述方式近似，行将100米电缆样本的插入损耗的每一个数据点乘以k = 12。请留意，外推曲线也略低在2.4 V p-p规格，这象征着1200米是切合2.4 V p-p传输电平规格的类似最年夜长度（基在其插入损耗）。任何小在1200米的长度也一样切合2.4 V p-p规格。

图10.对于电缆X的插入损耗举行外推，得到切合IEEE 802.3cg 1.0 V p-p及2.4 V p-p规格的最年夜电缆长度。

以上阐发注解，基在插入损耗及回波损耗尺度，于非APL运用中，对于在1.0 V p-p及2.4 V p-p传输电平，该特定类型电缆的最年夜答应链路段别离约为700米及1200米。然而，对于在需要彻底切合尺度的运用，最年夜链路段不患上跨越1000米。

此要领可运用在其他类型的电缆，获得的最年夜合规链路段长度可能小在1000米。例如，针对于Cat5/Cat6电缆举行近似评估时，切合10BASE-T1L尺度的典型最年夜长度凡是不跨越700米，不外这会因电缆品牌及型号而异，有些电缆可能会提供分外的裕量。

经由过程电缆测试估算ADIN1100、ADIN1110及ADIN2111撑持的最年夜传输间隔

电缆测试步伐触及利用矢量收集阐发仪来预计电缆的参数，以和利用ADI公司的EVAL-ADIN1100EBZ评估套件来履行以太网流量测试。该评估套件拥有前言转换器功效，并经由过程评估软件提供多种诊断功效，例如帧天生器、帧查抄器、均方偏差及环回模式等。

测试步调

电缆测试包括利用矢量收集阐发仪丈量被测电缆的插入损耗及回波损耗，然后利用这些参数来评估电缆合规性，并估算切合IEEE802.3cg 10BASE-T1L尺度的最年夜电缆长度。最年夜合规长度是指特定类型电缆切合IEEE 802.3cg所界说的2.4 V p-p或者1.0 V p-p插入损耗曲线（如图2所示）的最年夜长度。

进一步的测试包括经由过程被测电缆毗连两个EVAL-ADIN1100EBZ评估板，以成立10BASE-T1L链路。后续链路机能测试触及利用片内帧天生器以全带宽传输以太网流量，并监测每一个EVAL-ADIN1100EBZ板上10BASE-T1L链路的均方偏差(MSE)，以和过错计数及吸收到的以太网帧数。仅当满意如下前提时，测试才会被标志为经由过程：

10BASE-T1L已经乐成成立。

MSE优在-20.5 dB。

测试时期吸收的帧没有过错。

对于长度差别的同类型电缆反复举行此测试，以确定妨碍点。但于某些环境下，最年夜测试长度可能受限在试验室可提供的最年夜长度，而纷歧定能反应电缆的现实最年夜传输间隔。一样，于电缆长度增量跨越100米的环境下，辨认出的妨碍点可能没法正确反应绝对于最年夜电缆长度。例如，假如只有500米的电缆段可用，则可以经由过程毗连两个500米的电缆段来成立1000米的链接，但这类措施对于在1500米是不成行的。由于真实的最年夜长度多是1200米，但受限在没有该长度的电缆可用来举行测试，末了记载的数据点仍为1000米。

表2为于试验室中测试的各类电缆，获得的切合10BASE-T1L两种传输电平尺度的预计最年夜长度，以和利用EVAL-ADIN1100EBZ评估板于2.4 V p-p及1.0 V p-p下测试的长度。

表2.差别类型电缆上的典型ADIN1100/ADIN1110/ADIN2111链路长度机能

解释1：试验室中测试的最年夜长度对于应在测试时期链路正常运行的最长长度。解释2：试验室中测试的最年夜长度受限在可用电缆，而且一定受限在收发器的传输间隔。解释3：电缆参数不成用或者未丈量。

1测试的电缆Helu 82836是Profibus PA，其尺度化传输速度为31,25 kB，特征阻抗为100±20 Ω，39 kHz时波衰减最年夜值为3 dB。

结论

IEEE 802.3cg-2019尺度的电缆界说很是矫捷，撑持多种曾经用在旧通讯和谈的电缆类型，是以维持了长传输间隔，确保可以或许经由过程以太网无缝毗连边沿装备，而无需网关。

ADI公司的ADIN1100、ADIN1110及ADIN2111内置了裕量，既撑持切合尺度的电缆，还有可以或许兼容非尺度电缆。抱负环境下，运用应遵守IEEE 802.3cg或者APL规范，特别是于历程节制中。但现实环境是，很多体系需要反复利用现有布线来降低部署成本。内置裕量加强了数据链路的稳健性，并有益在各种电缆（包括为了其他通讯和谈而安装的电缆类型）采用10BASE-T1L技能。这类矫捷性确保了ADI公司的10BASE-T1L器件可以或许于1.0 V p-p及2.4 V p-p传输电平下连结一致的电缆传输间隔。

此外，ADI公司提供浩繁10BASE-T1L诊断东西，例如帧天生器、帧查抄器、经由过程均方偏差反应链路质量的唆使器以和带有TDR的电缆妨碍检测器等，这些器件均可以或许撑持于计划、调试及运行阶段对于体系举行诊断。这些东西有助在简化部署，经由过程提供诊断洞察有用缩短停机时间，并于发生妨碍时削减改正维护事情量。

保举浏览：

电子电路无声卫士：扼流线圈技能演进、运用生态与全世界供给链格式

将来工场：使用搭载人工智能的传感器于边沿做出决议计划——第2部门

逾越传统：空心线圈怎样重塑RF与主动化范畴——工程师必备选型指南

贸泽电子联袂英飞凌：海量元器件助力工程师“加快跑”

国产测试仪器新冲破：赛迈测控完成近亿元A轮融资