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設計與材料

單對乙太網路與供電:方法選擇、台架結構及評估準備

由 MTTJ 編製發布日期: 更新日期:

摘要:準備將感測器接入單對乙太網路時,先選擇評估平台。使用 Raspberry Pi/Linux 建立應用原型,與將類比前端接到 AM2434 開發嵌入式節點,需要不同的硬體與軟體。本文比較兩份原廠參考設計,提供實作資料入口、從短鏈路到目標線纜的試驗順序,以及可直接修改的台架計畫。

選擇能回答目前問題的方法

比較項目 Analog Devices CN0575 Texas Instruments TIDA-010261
主要評估任務 Raspberry Pi/Linux 上的 10BASE-T1L 現場裝置原型 AM2434 連接類比前端、處理資料並透過乙太網路上傳
資料介面 ADIN1110 MAC-PHY,透過 SPI 連接主機 AM2434 MCU 與 DP83TD510E PHY
供電路徑 LTC9111 受電端;參考設計支援 SPoE Class 12/13 PoDL Type E、Class 12,包含 SCCP;另有輔助 24 V 輸入
實作資料 評估板入口、包含原理圖/BOM/佈局的設計套件、Circuit Note 及使用指南 原理圖、BOM、Gerber/佈局、設計指南及 SDK 說明
硬體取得方式 官方列有 EVAL-CN0575-RPIZ 評估硬體;本次未核實地區庫存及交期 原廠明確表示完整驗證板不販售;需評估自行製板或其他經核對的硬體方案
軟體準備重點 Raspberry Pi、ADI Kuiper Linux、對應的裝置樹及範例 AM243x 啟動檔案與應用程式;PoDL 控制也涉及 MSP430 韌體

依據:CN0575 官方資料、TIDA-010261 官方資料。兩者都是供台架開發的參考設計,不能視為同一套可直接互換的成品。

選擇建議:若眼前的問題是現有 Linux 應用程式如何取得感測器資料,可先檢查 CN0575 的硬體與映像檔準備。若要評估如何將類比取樣、邊緣處理與回報整合到嵌入式節點,TIDA-010261 較接近這項任務,但應先確認製板及軟體適配資源。若只想驗證某條線纜,兩種開發方法都可能超出所需;已有相容且能正常運作的兩端裝置,通常更適合作為比較基準。這是依評估任務提出的工程建議,並非原廠效能排名。

先將資料與供電畫成不同路徑

以下功能關係依參考設計整理,用來分配台架準備工作;不表示兩份設計可以直接相接,也不能替代特定板卡的接線圖。

CN0575:Linux 主機與單對鏈路的關係

資料路徑
  1. Raspberry Pi / Linux 應用程式
  2. SPI
  3. ADIN1110 MAC-PHY
  4. 板上耦合網路與單對線纜
  5. 相容的鏈路對端
同對供電路徑
  1. 相容的供電端(PSE)
  2. 單對線纜及板上供電網路
  3. LTC9111 受電端(PD)控制與後級電源
  4. 板上負載 / Raspberry Pi

同一條線纜承載資料與電源,不代表兩項功能會自動成立。資料鏈路須核對兩端模式與應用程式;同對供電還取決於供電端能力、受電等級及板上設定。媒體轉換器具有資料介面,不足以證明它能提供所需電源。CN0575 功能與供電說明

TIDA-010261:類比取樣、嵌入式處理與上傳

資料路徑
  1. 類比前端 / 評估模組
  2. AM2434 應用處理
  3. DP83TD510E PHY
  4. 板上介面與單對線纜
  5. 相容的鏈路對端
供電選擇
  1. 依原廠設定使用 PoDL Type E、Class 12 受電路徑
  2. 以原廠支援的輔助電源設定進行評估

供電選擇:依原廠設定使用 PoDL Type E、Class 12 受電路徑,或以原廠支援的輔助電源設定進行評估;具體設定與切換條件請見設計指南。

除乙太網路外,這種方法還整合類比前端介面、應用韌體與供電控制。原廠資料提供設計與除錯入口,實作團隊仍需安排板卡取得、啟動及軟體適配。圖中箭頭表示功能關係,不表示可將兩個電源直接並聯。TIDA-010261 概述

將方法選擇落實為準備決策

假設團隊已有 Raspberry Pi 資料應用程式,希望評估單對鏈路。先檢查 CN0575 的理由,是它接近現有主機與開發環境;這項判斷還不能直接形成採購單。團隊應依目前的使用指南核對映像檔、裝置樹、鏈路對端及供電安排,再判斷板卡與線纜能否組成完整台架。

若實際目標改為自行製作連接類比前端的嵌入式節點,而且團隊已有製板、啟動除錯及韌體適配資源,TIDA-010261 的資料較接近任務。此時採購人員應收到帶有版本的 BOM 與工程準備清單;完整驗證板不販售的條件,必須納入排程。

若目標只是比較兩條線纜,先以已能正常共同運作的相容兩端裝置建立基準更合適。同一次比較若同時改動開發平台、韌體及線纜,異常發生時就難以辨別原因。這些是假設情境中的工程選擇建議,未提供實測結果或方法成本排名。

一併列出採購與軟體準備

CN0575:核對完整台架,不只看一塊板

官方 Circuit Note Rev. A 的評估章節列出 CN0575 板、Raspberry Pi 3B+ 或更新型號、主機、單對線纜、RJ45/USB 連接及範例腳本。接線步驟以 EVAL-ADIN1100-EBZ 作為鏈路對端,並要求電源與板上設定相符。Raspberry Pi 需準備對應的 Kuiper Linux 與裝置樹。評估章節,第 6 頁

EVAL-CN0575-RPIZ 使用指南現已可讀。指南區分 USB 供電與同對供電,補齊了研讀 Circuit Note 後仍需核對的供電耦合及軟體準備。

目前要回答的問題 準備方式 這一步可取得的證據
Raspberry Pi 能否透過短鏈路讀取應用資料? 依指南的 USB-Powered Application 設定:以 5 V USB 變壓器為 Raspberry Pi 供電,CN0575 透過單對線纜連接相容的資料對端 鏈路與應用基準;此設定不驗證同對供電
同一條線纜能否同時承載資料與電源? 使用支援 SPoE PSE 的媒體轉換器,或依指南備齊資料對端、供電耦合網路及電源;供電等級須與 CN0575 的 JP1/JP2 設定相符 指定設定下的供電建立及應用表現;單有資料介面不足以證明對端可供電

這提供了具體起點:若已有 CN0575、Raspberry Pi 及相容資料對端,可先建立 USB 供電的 B01 短鏈路基準,再安排 B03 同對供電。改變供電安排是獨立的試驗變更,USB 供電成功不能記為 SPoE 成功。指南仍將部分搭配 EVAL-ADIN1100 的供電耦合板列為開發中,不能視為可採購的完整台架。接線須依手中板卡版本與原廠圖示進行。

軟體準備也有了可執行的入口:依指南燒錄 Kuiper,在指定的 config.txt 啟用 dtoverlay=rpi-cn0575,然後重新啟動。接著依序檢查 adin1110-0 網路介面、鏈路指示及溫度應用讀值。指南提供 lm75_example.py,以及包含 LED 和按鈕的 cn0575_example.py。首次設定時,依指南確認裝置位址與軟體路徑,並記錄映像檔、裝置樹及範例版本。這些檢查分別回答裝置是否已設定、鏈路是否建立,以及應用是否收到資料,彼此不能替代。

板卡版本也會影響供電準備。使用指南的 Errata 指出,首批板卡的 C16 誤裝了 50 V 電容,可由末尾標記 HTH 識別。裝有該元件時,不可直接進行 Class 13 供電。使用該等級前,應先完成原廠勘誤要求的處理,並記錄實際板況。此評估板針對 Class 12/13 設計並評估,指南明確禁止使用 Class 14/15。將此檢查納入板卡驗收及 B03 的進入條件,再確認設計檔案版本、使用條件及物料可得性。

TIDA-010261:接入實際感測器前,先解決製板與啟動

可直接取得原理圖 TIDMBP8、BOM TIDMBP9及設計指南 TIDUF34A。指南第 4 節涵蓋除錯介面、啟動及軟體準備。若沒有相容且可供電的鏈路對端,輔助電源路徑允許使用外接 24 V、0.5 A 電源,搭配不向鏈路供電的媒體轉換器評估資料。此供電條件僅適用於該參考板。硬體要求 §4.1

要完成的工作 已找到的具體入口 仍需安排的工程工作
準備板卡 上述原理圖與 BOM;專案頁的 Gerber/佈局 核對設計檔案版本是否配套,再製板、採購、組裝及上電檢查
啟動與除錯 指南 §4.1 的 UART、JTAG/SD 介面說明 準備除錯連接,記錄板號、啟動方式及韌體版本
跑通乙太網路應用 §4.2.2 的 SDK 與乙太網路範例入口 依指南適配 DP83TD510E;範例並非已為任意自製板編譯好的韌體
評估 PoDL 受電 §4.2.1 的 MSP430 韌體說明 核對 SCCP、供電端能力及實際韌體設定
重現類比資料上傳鏈路 §4.3 的 TIDA-010249、訊號源與 PC DHCP/MQTT 設定 若改用自己的類比前端,重新核對介面模式、電壓及取樣程式

軟體章節、設計檔案及硬體除錯條件都應納入準備清單。BOM 價格本身不代表完成這種方法的成本;本次未取得可比較的板卡交期、整合工時或完整台架報價,因此不提供總成本排名。

如何安排台架試驗,才能解釋結果

以下是建議的試驗順序。使用前填入兩端板卡、韌體、線纜圖面、連接方式、應用資料判定及元件允許條件。只使用原廠明確支援的供電路徑,並在斷電狀態下依相關指南切換設定。

工況 保持一致 本次改變什麼 要取得的證據
B01:短鏈路基準 兩端板卡、韌體及應用資料負載 建立原廠支援的起始設定 實際協商模式、應用資料是否持續收到,以及記錄時間範圍
B02:目標線纜 B01 的端點、負載及供電安排 換成目標線纜與已記錄的連接器組合 資料計數、斷線/重連、重置及供電觀察;與 B01 以相同時間窗口比較
B03:同對供電 B02 的線纜及資料負載 在設備支援且兩端匹配時切換至 PoDL/SPoE 供電建立過程、PD 狀態及資料表現;保留供電端設定
B04:啟動或負載變化 已確認的電路與線纜 每次只改變一項已定義的啟動/負載條件 啟動次數、應用恢復時間、重置及相關波形/記錄

CN0575 資料中的 1,000 m 距離與 2.4 Vpp 模式相關;使用 2.4 Vpp 還需兩端宣告支援並完成協商。目標線纜的供電能力、連接器及環境仍是獨立的驗證工作。CN0575 實體介面與協商說明

記錄時應區分「指示燈亮/鏈路建立」、「應用程式收到有效資料」及「在目標供電安排下穩定運作」。這是三項不同觀察。若短鏈路基準未跑通,先檢查端點設定、映像檔/韌體、對端及接線,不要立即歸咎於長線。若只有同對供電時出現異常,下一步應保留並檢查供電建立、PD 輸入及重置時序;這個現象本身不足以證明線纜壓降是原因。若出現異常溫升、元件超出允許條件或接線不確定,應停止該工況,依元件與板卡文件排查。

出現異常時,下一步該檢查什麼?

以下檢查依 B01–B04 的比較關係安排,用來選擇下一項要取得的證據;不能僅憑現象認定元件或線纜的責任。

目前觀察 優先取得或核對的證據 可支持的判斷
短鏈路基準也未跑通 端點與板卡版本、映像檔/韌體、對端、接線及應用記錄 先恢復有效基準,再解釋長線表現
鏈路已建立,但沒有預期應用資料 應用設定、相同時間窗口的應用記錄及計數定義 區分實體鏈路狀態與應用是否完成任務
相同設定下,更換目標線纜後出現異常 線纜與連接器組合、同一時間窗口的資料、重連/重置及供電記錄 將異常與本次變更關聯,再安排定位;相關性仍不足以證明根因
只有切換至同對供電後出現異常 供電端設定、PD 狀態,以及重置與資料事件的時間關係 選擇下一項供電或時序量測,而非直接歸因於線纜壓降

將這些記錄與未測範圍交給下一位工程人員,比只交一張「鏈路已連接」截圖,更能支持繼續、修改或補測的決策。

可直接修改的計畫與記錄檔案

台架評估工具包包含台架計畫與結果表、已填寫的範例計畫及欄位說明。檔案將工況、變因與結果欄位放在一起,便於保留失敗工況,而非只截取一次成功連線。

範例假設團隊已有相容的兩端裝置,比較 1 m 基準線纜與 20 m 目標線纜,並計畫檢查需要電源協商的同對供電。這些長度是示範輸入,不是建議限值。每列已指定改變什麼、維持什麼及觀察什麼;實測計數、電壓、重置次數與結論全部留白,因為尚未執行測試。替換設備與工況,補齊文件及判據後,就能將計畫交給執行試驗的人員。

可將這輪試驗的完成條件定為:每個計畫工況都有明確設定與記錄;失敗能導向下一項排查;供電與資料各有獨立判斷;未驗證的環境、長度與負載另行列出。這種結果可以支持繼續設計、修改或停止此方法。量產資格、EMC、耐久性及最終應用驗收仍需各自驗證。

準備目標線纜條件時,可閱讀線規與導體選擇指南;整理驗證結論時,可閱讀如何審閱電纜組件測試報告。

資料版本:CN0575 Circuit Note Rev. A;TIDA-010261,設計指南 TIDUF34A(2025-08);CN0575 使用指南於 2026-09-30 讀取,包含 System Setup、Software Setup 與 Errata;TI 專案頁於同日再次核對,原有指南與工具包核對結果仍適用。實際使用時須確認 BOM、原理圖及板卡版本配套。MTTJ 使用 AI 研讀與編輯。本文提供文件比較與建議的試驗工具,未對兩份參考設計進行實物重現。

相關資源與製造範圍

應用筆記: 往期文章

試驗工具與欄位指南

單對乙太網路台架計畫:欄位與說明

單對乙太網路台架計畫:欄位與說明

版本:2026-09-30。配套檔案:spe-bench-plan.csv 及 spe-bench-demo-plan.csv。 請使用 Excel 的「從文字/CSV」功能或 LibreOffice,以 UTF-8 編碼、逗號分隔文字開啟檔案。英文欄位名稱方便跨語言重複使用。

計畫已包含 B01 短鏈路基準、B02 目標電纜、B03 同對線供電,以及 B04 啟動/負載變化的試驗目的。這是建議順序,並非廠商接線說明,也不是已完成的測試。請刪除不適用於設備能力的條件。同一條件若要重複執行,請複製該列並指定唯一的 test_id。開始前應補齊文件、實際板卡、軟體及準則。

欄位 意義與填寫說明
data_kind 計畫使用 unperformed_plan;示例使用 illustrative_plan_not_measured;取得實際量測後,另建記錄並使用 measured
test_id 每次執行的唯一 ID,用來連結記錄
document_and_revision 實際使用的板卡手冊、設計檔案及軟體文件版次
endpoint_a_hw_fw / endpoint_b_hw_fw 兩端的硬體版次及韌體/映像檔/驅動程式版本
cable_drawing_lot / planned_length_m 電纜圖面、連接器及批號/以公尺為單位的計畫長度
power_route_and_class 實際供電路徑、PSE/PD 配置及供電等級;區分外部供電與同對線供電
changed_factor / held_constant 本列變更的因素/維持不變的條件
acceptance_criteria_ref 執行前確定的產品準則、元件工作限值及停止條件之參照
planned_observation 此條件下計畫觀察及記錄的項目
started_at_utc / ended_at_utc 實際執行時間窗,包含日期、時間及 UTC 時區
actual_tx_mode_vpp 實際讀回的傳送模式(Vpp);不得以計畫值代替
actual_tx_count / actual_rx_count 相同層級、相同時間窗內的傳送/接收計數;無法取得計數時留白
counter_definition 計數代表乙太網路訊框、應用訊息或其他單位;如何處理重複、篩選與重設
link_down_count / reset_count 時間窗內實際觀察到的鏈路中斷/端點重設次數;未觀察則留白
pd_input_min_v / pd_input_max_v 指定量測點的 PD 輸入最低/最高電壓,單位為 V;儀器及量測點詳情填入 evidence_ref
power_setup_result / data_result 分別記錄供電建立與應用資料的結論,包含採用的準則;未執行的測試不得填入合格
evidence_ref 同一 ID 下的記錄、波形、量測點、取樣設定及結果檔案位置
next_decision 下一步行動:繼續、變更指定項目、停止此路徑或追加測試,並附上決策依據

如何使用已填妥的示例計畫

示範檔案假設已有相容端點,起始鏈路為 1 m,目標電纜為 20 m。這些長度僅供說明。各列分別變更電纜、供電安排,以及啟動或負載。請用實際資訊替換 REPLACE 欄位。也應驗證兩端的供電等級、協商及連接器支援情況;假設相容不代表已完成檢查。

示例中,從 started_at_utc 到 next_decision 的每個欄位皆留白,沒有實際時間、計數、電壓、重設、記錄或測試結論。準備完成後,將計畫複製到獨立的執行檔案,並保留原始計畫。請在檔名及 data_kind 值中都區分這些檔案。

彙總與診斷結果

先在相同時間窗、負載、端點及軟體條件下比較 B01/B02。比較 B02/B03 時,留意供電路徑的變化。僅有指示燈亮起,不足以將 data_result 判為合格;應讀取應用資料並套用已列明的準則。如果計數定義不同,或計數器發生重設,不能直接將傳送計數減去接收計數視為封包遺失。應先保留記錄並說明差異。

故障若僅出現在同對線供電時,先檢查供電建立、PD 狀態、重設與資料事件的時序關係,再選擇下一個量測項目。不要僅憑此症狀推斷是電纜壓降。若短鏈路也失敗,先解決基準配置問題。無法取得的記錄應留白。只有在觀察時間窗內確實未發生的事件,才填 0。

每個計畫條件都有配置、準則及結果參照,失敗後有可執行的下一步診斷,且另行列出未測試範圍時,台架結論才具備交接條件。此表不會自動判定元件相容性,也不能取代廠商接線程序、產品資格確認或 EMC 驗證。

CN0575 準備範例

使用 CN0575 時,可依其目前的使用指南,以 5 V USB 為 Raspberry Pi 供電,建立 B01 資料基準。這不會驗證 SPoE。B03 則使用原廠支援的供電耦合/PSE 設定,並在 power_route_and_class 說明本次變更。

將 Kuiper 映像檔、rpi-cn0575 裝置樹及範例版本記入 endpoint_a_hw_fw,並分別保留介面識別、鏈路指示及應用讀值的證據。以 document_and_revision 記錄指南讀取日期與實際板號。Class 13 計畫須先檢查指南 Errata 中首批 C16 的問題,並完成原廠要求的處理。將結果參照填入 acceptance_criteria_ref / evidence_ref。此評估板不得使用 Class 14/15。

這些資料使用既有欄位,不改動 CSV 欄,也不自動產生結果。範例仍是假設的 1 m/20 m 計畫,實際量測欄位繼續留白。

CSV 原始值與意義

原始檔案保留固定的英文值。下表解釋其意義;示範識別碼不對應實際零件或測試。

原始值 意義
unperformed_plan 尚未執行的計畫。
illustrative_plan_not_measured 沒有實測結果的示例計畫。
measured 執行後另行建立的實際量測記錄。
B01 短鏈路基準條件。
B02 目標電纜條件。
B03 同對線供電條件。
B04 啟動或負載變化條件。
REPLACE: exact board manuals and matched revisions 填入實際板卡手冊,並核實版次一致。
REPLACE: compatible endpoint A / firmware 填入實際端點 A 與韌體,並驗證相容性。
REPLACE: compatible endpoint B / firmware 填入實際端點 B 與韌體,並驗證相容性。
REPLACE: actual drawing and lot 填入實際電纜圖面與批號。
REPLACE: product-specific criteria agreed before test 填入執行前確定的產品專用準則。
original supported supply 使用廠商支援的原有供電安排。
same as B01 保留 B01 使用的供電安排。
compatible PoDL/SPoE only 驗證相容性後,才使用 PoDL/SPoE。
validated route 使用已針對設備驗證的供電路徑。
establish baseline 建立初始比較配置。
target cable and connector assembly 換成目標電纜與連接器組件。
power route 變更供電安排。
one declared startup or load condition 變更一個明確定義的啟動或負載條件。
endpoint firmware; application load 保持端點韌體與應用負載不變。
endpoints; firmware; data load; supply 保持端點、韌體、資料負載及電源不變。
B02 cable; endpoints; firmware; data load 保持 B02 電纜、端點、韌體及資料負載不變。
validated circuit and cable 保持已驗證的電路與電纜不變。
negotiation; application data; supply state 觀察協商、應用資料及電源狀態。
same-window data counters; reconnect/reset; supply readings 觀察相同時間窗內的資料計數器、重連/重設及電源讀值。
power classification/start; PD state; application data 觀察供電分類與啟動、受電裝置狀態及應用資料。
startup count; recovery duration; logs/waveform 記錄啟動次數、恢復時間及相關記錄或波形。

官方參考資料

詢價

明確列出台架試驗的電纜組件要求

請提供端點設備與連接器資訊、接腳定義及預計長度。另請說明安裝配置及擬用供電模式。並附上圖面版本與所需記錄,讓電纜組件詢價採用與台架評估相同的範圍。

傳送台架鏈路要求