工業系統越來越多地採用以太網連接來解決製造商的關鍵工業4.0和智能工廠通信難題。這些挑戰包括數據集成，同步，邊緣連接和系統互操作性。與以太網相連的工廠通過實現信息技術（IT）和運營技術（OT）網絡之間的連接性，可以提高製造生產率，並實現更靈活和可擴展的製造。這樣，就可以在一個支持時間緊迫的通信的單一，無縫，安全和高帶寬的網絡上監視和控制工廠的所有區域。
規模化計算和強大的通信基礎架構是連接工廠的命脈。當今的網絡正面臨越來越多的流量負載和跨多種協議的互操作性挑戰，這些協議要求複雜，耗電的網關來轉換整個工廠的流量。工業以太網通過無縫地將關鍵的確定性性能提供給工廠邊緣來解決單個網絡上的這些互操作性問題。從歷史上看，一直存在一個問題，即缺少專門爲健壯的工業環境設計的可用以太網物理層（PHY）。對於爲大衆市場開發的標準，消費級以太網PHY，工業通信設備的設計者不得不花很長時間做出和妥協。在工業4.0時代，IT與OT以太網連接
以太網長期以來一直被用作IT世界的通信選擇，因爲它的優點包括得到了良好支持的，可擴展的，靈活的和高帶寬的通信解決方案。它還具有IEEE標準帶來的互操作性優勢。但是，橋接IT和OT網絡並實現基於以太網技術的無縫連接的一項關鍵挑戰是在要求時間緊迫性連接的惡劣工業環境中進行部署。
工業以太網應用和以太網部署挑戰
多軸同步和精確運動控制對於智能工廠中的高質量製造和加工至關重要。對生產產量和輸出質量的要求不斷提高，因此需要更快的響應時間和更高的伺服電機驅動精度。系統性能的提高要求終端設備中使用的伺服電機軸之間更加緊密的同步。如今，實時100 Mb以太網已廣泛應用於運動控制系統中。但是，同步僅涉及網絡主機和從機之間的數據通信。
網絡需要實現從網絡邊界到應用程序的同步，從不到1μs一直到伺服電機控制內的PWM輸出。這提高了多軸應用的加工和生產精度，例如基於IEEE 802.1時間敏感網絡（TSN）的更高數據速率千兆位工業以太網的機器人和CNC機器。這使所有設備可以通過實時工業以太網協議連接到一個高帶寬融合網絡，以實現邊緣到雲的連接。
在工業環境中，堅固性和高環境溫度是部署以太網的網絡安裝人員的主要挑戰。電機和生產設備產生的高電壓瞬變會在較長的電纜走線上造成包圍，從而可能損壞數據並損壞設備。爲了成功部署工業以太網，如圖1所示，需要一種增強型以太網PHY技術，該技術要堅固耐用，低功耗，低延遲，並且要採用小型封裝，並且可以在嘈雜的高環境溫度環境中運行。本文現在將討論在連接工廠中部署以太網PHY解決方案的挑戰。
什麼是工業以太網物理層？
工業以太網PHY是用於基於OSI網絡模型發送和接收以太網幀的物理層收發器設備。在OSI模型中，以太網覆蓋第1層（物理層）和第2層的一部分（數據鏈路層），並由IEEE 802.3標準定義。物理層指定電信號的類型，信令速度，媒體和網絡拓撲。它實現了1000BASE-T（1000 Mbps），100BASE-TX（銅纜上的100 Mbps）和10BASE-T（10 Mb）標準的以太網物理層部分。
數據鏈路層指定了如何在媒體上進行通信，以及發送和接收的消息的幀結構。這僅意味着比特如何從電線上脫下來並變成比特排列，以便可以從比特流中提取數據。對於以太網，這稱爲媒體訪問控制（MAC），它集成到主機處理器或以太網交換機中。