10BASE-T1S作為IEEE 802.3cg定義的單對乙太網路標準，為多點拓撲結構，降低布線複雜性與成本，提升設備互通性和網路效率。其低布線需求減少機櫃空間，簡化維護，並支持資料與電力共纜傳輸。
為了使所有獨立的設備能夠穩定地互相通訊，工廠需要採用安全可靠的通訊協定。過去，通訊依賴於包括HART、RS-485、Modbus、DeviceNet、Profibus和CAN在內的多種網路協定的混合使用。如此分散的方式意謂著需要昂貴的閘道器來連接不同的標準，增加維護的複雜性與費用。
而今，乙太網路正迅速成為工廠生產線的首選骨幹網路。本文將探討作為單對乙太網路標準的10BASE-T1S，為何成為了用於工業自動化的首選通訊協定。
多點拓撲結構提升設備互通性
10BASE-T1S由IEEE規範802.3cg定義，是多點、無碰撞的乙太網路標準。運行於非屏蔽雙絞線、單對乙太網路(SPE)纜線上，資料傳輸速率為10Mpbs。
10BASE-T1S可用於點對點(P2P)配置及多點拓撲結構。多點配置意謂著網路中兩台設備之間的每條鏈路都不需要各自專屬的點對點連接，降低了布線的複雜性、成本與重量。
圖1顯示了10BASE-T1S系統的多點拓撲結構，可支援至少八個節點。節點可以串聯連接於混合網段(Mixing Segment)上，或位於建議最大長度不超過10公分的分支末端。
圖1 多點拓撲結構的10Base-T1S系統
10BASE-T1S可提升互通性，實現與現有系統的無縫整合，讓部署更加方便。此外，在未傳輸資料時關閉PHY(實體層)發射器等，10BASE-T1S能有效降低功耗。
雖然IEEE 802.3cg規範未定義多點網段的資料線供電(PoDL)，但仍可透過同一條電纜同時傳輸直流電和乙太網路資料。「工程PoDL」是無需協商協議即可為多點10BASE-T1S網段提供資料線供電的系統。目前，10BASE-T1S多點工程PoDL已可使用，而IEEE802.3da標準將正式規範10BASE-T1S多點PoDL，並預計於2024年底或2025年第一季獲得核准。
低布線要求降低成本/節省空間
工廠中的感測器、執行器和其他連網設備已大幅增加數量，預計到2030年將超過2億台(2020年為8,170萬台)。雖然部份設備將採用無線連接，但是隨著人工智慧(AI)更加廣泛地應用於智慧工廠邊緣設備，對有線網路的穩定性仍有大量需求。
如上所述，10BASE-T1S乙太網路的出現正快速取代智慧工廠中的傳統現場總線技術，為工業4.0提供可靠的有線通訊。10BASE-T1S可將各種系統無縫整合到統一的網路中，無須使用繁瑣的閘道器。
10BASE-T1S布線要求降低，有助於實現更輕便、靈活的網路，同時降低成本。
在安森美(onsemi)過往的案例中，客戶在其智慧工廠中從機電設備轉向連網的電子版本，並採用了10BASE-T1S技術，大幅降低布線的複雜性，並縮短了部署時間。10BASE-T1S的多點拓撲結構是實現簡化的關鍵因素。
10BASE-T1S系統所需的布線較少，因此能減少所需的機櫃空間，節省寶貴的地面空間。由於不需要識別、添加或移除分散的電線，維護也變得更加簡便。
10BASE-T1S滿足多點網路需求
廠商如安森美的NCN26010是一款符合IEEE 802.3cg標準的乙太網路收發器，包括一個媒體存取控制器(MAC)、一個實體層衝突規避(PLCA)調節子層(RS)和一個專為工業多點乙太網路設計的10BASE-T1S實體層(PHY)。NCN26000具備經由單根非屏蔽雙絞線收發資料所需的實體層功能，並透過標準的媒體獨立介面(MII)與現有的半雙工10Mbps乙太網路MAC控制器通訊。
圖2所示的兩個選項突顯了10BASE-T1S控制器架構的靈活性和可擴展性。帶有MAC、PHY和PLCA的NCN26010只需要一個5引腳SPI連接到配套的MCU。實驗室測試證明，透過安森美的增強抗噪(ENI)功能，NCN26010在支援16個節點的情況下，傳輸距離可達50公尺；在支援6個節點的情況下，傳輸距離可達60公尺。
圖2 10BASE-T1S的控制器架構
支援工業4.0 邁向工業5.0
在當前的智慧工廠中，10BASE-T1S提供了一個穩定、高效的網路標準，有別於分散的傳統網路，重新定義連接性。
在安森美NCN26010 MAC/PHY和NCN26000 PHY零組件中實現的技術，可以支援工業4.0的連接需求，並邁向工業5.0及未來的工業發展。
(本文作者為安森美模擬與混合信號事業部(AMG)產品營銷工程師)