Ethernet-APL，一種新興的以太網高級物理層，嚴格來說是基于單對以太網（SPE）的增強物理層。它按照2019年11月7日批準的新10BASE-T1L（IEEE802.3cg-2019）以太網物理層標準，并規定了在危險場所使用的實施和防爆方法，使得在危險的過程自動化設施中部署高速、支持以太網儀器的進展又邁了一大步。

（圖源：Ethernet-APL | FieldComm）

Ethernet-APL全雙工，可以通過長達1000m的電纜進行通信，速度最高可以達到10 MBit/s，其能實現的理想效果對比HART或現場總線等當前廣泛應用的技術可以說不在一個層次上。Ethernet-APL作為以太網的邏輯擴展，提供了過程工廠現場可靠運行所需的屬性。作為高級物理層它能夠支持EtherNet/IP、HART-IP、OPC-UA、PROFINET或任何其他更高級別的協議。

Ethernet-APL為了解決連接中的無縫挑戰

雖然我們已經對以太網已經了解了不少，但以太網在實際使用中仍任經常遇到不少挑戰，功率的挑戰、帶寬的挑戰、布線的挑戰、通信距離的挑戰乃至于危險工況的挑戰。以太網高級物理層給予了一種新的可能，即從現場到云端的無縫融合。這個無縫是相比4mA至20mA、現場總線而言，這二者復雜的網關遠稱不上無縫連接。

而以太網已部署在自動化金字塔的上層，并在現場與四線以太網設備結合，如驅動器、流量、分析儀和電機控制中心。然而，它仍然需要增強，來支持工業領域的應用程序。以太網高級物理層為的就是增加標準以太網的通用性和通信速度。我們不妨把它看作以太網連接的“最后一米”，這最后一米的實現將允許任何設備從網絡的所有區域獲取數據。

在自動化應用中，現場設備和控制系統之間的距離一直是將現有工業以太網物理層技術限制在原地進展緩慢的重大挑戰，Ethernet-APL 應對該挑戰將通信距離拉長到1公里，并以極低的功耗和極高的可靠性連接到現場應用。

Ethernet-APL支持兩種幅度模式，一種是1000m線纜的2.4V峰值，一種是縮短距離的1.0V峰值。后一種模式的峰值幅度意味著這種以太網高級物理層滿足嚴格的最大能量限制，能夠在防爆系統中使用。至于數據和電力的同時傳輸在此前單對以太網中已經講過了，二者都能滿足長距離傳輸。

（自動化領域連接技術屬性對比，Ethernet-APL | FieldComm）

細數以太網高級物理層優勢

首先對4mA至20mA（帶HART）、現場總線以及10BASE-T1L通信做一個簡單的比較，從數據帶寬上來看，4mA至20mA的貸款在1.2kbps，現場總線的帶寬在31.25kbps，10BASE-T1L為10Mbps，帶寬上新標準占據的優勢太明顯；從功率來看，小于40mW的4mA至20mA以及功率極有限的現場總線也很難和IS下500mW非IS下60W的10BASE-T1L抗衡。

從另一方面來說，通過在高級物理層上的融合，昂貴、復雜且耗電的網關將被取代，這種實現協議標準化的契機是上下游都很看重的。原本分散的基礎設施，分散的信息孤島，分散的數據訪問在此契機下被全部打通。

上面我們說到了供電功率，以太網高級物理層根據使用的電纜，目前最高能夠提供60W的功率。這大大提升了以往的功率限制，意味著更多設備、更多功能能夠被啟用。尤其是隨著工業網絡邊緣的應用來說，可用功率的限制一直是掣肘多應用發展的攔路虎。高級物理層的入場將大大提升測量的性能與數據邊緣處理的能力。

要與支持以太網高級物理層的設備進行通信，需要具有集成介質訪問控制的主機處理器或具有10BASE-T1L端口的以太網交換機，半導體制造商能夠將該技術無縫地集成到現有的設備或儀器中。

（Ethernet-APL現場級設備數據連接與10BASE-T1L PHY，ADI）

這種物理層設備，可通過串行外設接口SPI與各種主機控制器直接連接，這種SPI支持使用低功耗處理器而無需集成 MAC，整體功耗上直接從系統級上做了優化。為了保證整個物理層設備芯片系統的穩定性，半導體廠商會內部集成電壓電源監控和上電復位電路。

基于以太網高級物理層系統的固有診斷可以很輕易地確定網絡的魯棒性、檢測信號強度和識別狀態并檢測，在各類工廠的終端節點傳感器上已經有不少亮眼的應用。

小結

Ethernet-APL直接影響了跨行業的IT/OT網絡融合，借助基于以太網的物理層，下游應用可以在集成了Ethernet-APL的設備上自由實施多種協議，其從現場級到云端的普適性，將會在工業領域帶來了讓人意想不到的革新。