Высокоскоростная Ethernet-коммуникация в режиме реального времени становится все более важной для чувствительных к времени приложений в промышленной автоматизации и автомобильных системах.Традиционный многопарный Ethernet часто не удовлетворяет требованиям таких приложений из-за его неопределенной производительности, громоздкие кабельные решетки и высокое потребление энергии.
Более эффективное решение основывается на стандарте Single Pair Ethernet (SPE), который может обеспечить упрощенный физический уровень (PHY),но может создавать проблемы с производительностью с точки зрения длинного расстояния кабельной передачи и функциональной готовности безопасности, а также проблемы реализации, связанные с получением эффективных ресурсов для проектирования.Инженеры нуждаются в комплексном решении, которое может удовлетворить строгие требования к производительности сетей SPE в режиме реального времени, одновременно ускоряя скорость реализации.
В этой статье описываются требования к сетям и связанные с ними вопросы, с которыми сталкиваются разработчики критических, чувствительных к времени приложений, особенно в промышленности и автомобилестроении.Было представлено решение SPE от Microchip Technology, включая эфирные PHY-передатчики, панели оценки и связанные с ними ресурсы для проектирования,которые могут помочь разработчикам решить новые проблемы, с которыми сталкиваются при внедрении стандартных сетевых систем SPE.
Как ключевые требования к приложениям обуславливают потребность в Ethernet в режиме реального времени
Ethernet в режиме реального времени играет все более важную роль во многих критических промышленных и автомобильных приложениях.высокоточная координация между датчиками, контроллеры и приводы требуют протоколов, таких как IEEE 1588 Precision Time Protocol (PTP), для поддержки детерминированных коммуникационных сетей.включая передовые системы помощи водителю (ADAS), информационно-развлекательных и удаленных подсистем обработки информации, надежный обмен данными в реальном времени требует способности выдерживать экстремальные условия в окружающей среде транспортного средства.
Независимо от того, находятся ли они на фабрике или в автомобиле, сети, чувствительные к времени, должны обеспечивать низкую и ограниченную задержку, высокую терпимость к ошибкам и минимальное напряжение.Способность поддерживать синхронизацию между устройствами имеет решающее значение, особенно в условиях, когда время отклика миллисекунд имеет решающее значение для работы и безопасности системы.Сетевые решения должны адаптироваться к ограниченному пространству сетевых подсистем в производственных блоках или шасси транспортного средства..
Как удовлетворить требованиям временных и пространственно ограниченных приложений для сетей
Согласно стандартам IEEE 802.3bw (100BASE-T1) и IEEE 802.3bp (1000BASE-T1),SPE подходит для гигабитного Ethernet (GbE) в промышленных и автомобильных приложениях и стал упрощенной физической альтернативой традиционному Ethernet. SPE поддерживает строгие требования для чувствительных к времени приложений, снижая при этом сложность кабеля и затраты на систему.Проектировщики сетей на базе SPE по-прежнему сталкиваются с проблемами в интеграции соответствующих устройств и обеспечении их функциональной готовности к безопасности.
Microchip Technology's LAN8872 1000BASE-T1 SPE PHY transceiver (Figure 1) and related design resources can help developers address these emerging challenges when implementing standard compliant SPE networks. LAN8872 интегрирует полную подсистему PHY, включающую подслой физического кодирования (PCS), машину конечного состояния (FSM), аналоговый фронт-энд (AFE), регулятор низкой отключенности (LDO), мониторинг напряжения,Окончание на чипе, и интегрированной фильтрации.
Схематическая схема микрочипа LAN8872 с интегрированным 1000BASE-T1 PHY-передатчиком (нажмите, чтобы увеличить)
Рисунок 1: LAN8872 обеспечивает интегрированный 1000BASE-T1 PHY-передатчик, включающий PCS, LDO-регулятор, мониторинг напряжения AFE、FSM、 Полные функции, такие как терминалы на чипе и интегрированная фильтрация.(Источник изображения: Технология микрочипов)
LAN8872 имеет встроенную поддержку стандартов протокола IEEE 1588-2019 и IEEE 802.1AS-2020 для синхронизации точных часов,и полностью совместим с аудио- и видеомостами Ethernet в режиме реального времени (AVB) и IEEE 802.1 стандарты чувствительной к времени сети (TSN). Детерминированная функция синхронизации LAN8872 может помочь разработчикам поддерживать тесную синхронизацию между несколькими системами,и его функция управления энергией может удовлетворить потребность людей в надежных низкомощных соединениях даже в суровых условиях.
Упрощение проектирования сетей SPE малой мощности
LAN8872 использует энергосберегающую технологию Microchip EtherGREEN, которая позволяет устройству достигать типичного потребления всего 15 микроамперов (μA) в режиме спящего режима сверхнизкой мощности.Это устройство поддерживает дистанционный механизм сна и пробуждения по стандарту OPEN Alliance Technical Committee 10 (TC10).Его выходной сигнал INH позволяет устройству включать или выключать питание электронного блока управления (ECU).LAN8872 оснащен технологией управления питанием FlexPWR от Microchip, что дополнительно экономит энергию за счет переменного напряжения ввода/вывода и питания ядра.
Высокая интеграция LAN8872 еще больше упрощает конструкцию.сочетание терминальных резисторов на чипе и интегрированных возможностей фильтрации передачи делает решение компактным по размеру и с низким уровнем электромагнитных помех (ЭМИ)Для интеграции на системном уровне LAN8872 имеет выходной часов и стандартный серийный гигабитный независимый интерфейс (SGMII),упрощение интерфейса с контроллерами доступа к носителям Ethernet (MAC) или устройствами с функционалом MAC, включая систему на чипе (SoC), микроконтроллер (MCU) и полевые программируемые шлюзы (FPGA) (рисунок 2).
Схематическая схема микрочипа ATA8520D Sigfox
Рисунок 2: Разработчикам нужно всего несколько дополнительных компонентов для интеграции LAN8872 PHY-передатчика в их сетевое решение SPE. (Изображение: Microchip Technology)
LAN8872 соответствует стандарту IEEE 802.Стандарт 3bp-2016 и предназначен для обеспечения гигабитных производительностей через одну пару проводов, поддерживая при этом устранение неполадок в критических промышленных и автомобильных сетях.Это устройство полезно для диагностики сети, и его функции включают обнаружение дефектов кабеля короткого замыкания или открытого замыкания, индикатор качества сигнала приемника (SQI), защиту от перегрева,защита от низкого напряжения, поддержка полного состояния прерывания, и различные режимы петли и испытания.
Ускорить разработку решений SPE на базе LAN8872
Для ускорения проектирования и разработки, Microchip предоставляет советы по оценке для удовлетворения требований разных разработчиков.,EV75E52A EVB-LAN8870-MC оценки Microchip (рисунок 3) обеспечивает полный преобразователь средств массовой информации, который может соединять 1000BASE-T1 и стандартный Гигабит Ethernet.Разработчикам нужно только подключить кабель CAT5 Ethernet от порта GbE к интерфейсу RJ-45 платы., а затем подключить кабель из SPE сети к автомобильному интерфейсу Ethernet T1 платы.