Hoge snelheid real-time Ethernet-communicatie wordt steeds belangrijker voor tijdgevoelige toepassingen in industriële automatisering en automobielsystemen.Traditionele multipar Ethernet voldoet vaak niet aan de eisen van dergelijke toepassingen vanwege de onzekere prestaties, omvangrijke kabelbanden en een hoog stroomverbruik.
Een effectievere oplossing is gebaseerd op de Single Pair Ethernet (SPE) -standaard, die een vereenvoudigde fysieke laag (PHY) kan bieden,maar kunnen prestatieproblemen opleveren op het gebied van lange kabeltransmissieafstanden en functionele veiligheidsbereidheid, evenals de uitdagingen bij de uitvoering in verband met het verkrijgen van effectieve ontwerpmiddelen.Ingenieurs hebben een alomvattende oplossing nodig die kan voldoen aan de strikte prestatievereisten van realtime SPE-netwerken en tegelijkertijd de implementatiesnelheid kan versnellen.
Dit artikel beschrijft de netwerkeisen en aanverwante problemen waarmee ontwerpers van kritieke, tijdgevoelige toepassingen, met name in de industrie en de automobielindustrie, worden geconfronteerd.De SPE-oplossing van Microchip Technology werd geïntroduceerd, met inbegrip van Ethernet-PHY-transceivers, evaluatieborden en bijbehorende ontwerpbronnen,die ontwerpers kunnen helpen bij het aanpakken van nieuwe uitdagingen bij de implementatie van standaardconforme SPE-netwerksystemen.
Hoe de belangrijkste toepassingsvereisten de behoefte aan real-time Ethernet stimuleren
Realtime Ethernet speelt een steeds belangrijkere rol in veel kritieke industriële en automotive toepassingen.coördinatie met hoge precisie tussen sensorenIn de automobielindustrie is het mogelijk om de technologie te gebruiken voor het opzetten van een automatische communicatienetwerk.met inbegrip van geavanceerde bestuurdersassistentiesystemen (ADAS)In het kader van de ontwikkeling van de onderdelensystemen voor het verwerken van informatie en infotainment op afstand, vereist een betrouwbare uitwisseling van gegevens in realtime de mogelijkheid om extreme omstandigheden in de voertuigomgeving te weerstaan.
Of het nu in de fabriek of in de auto is, tijdgevoelige netwerken moeten zorgen voor een lage en beperkte latentie, een hoge foutvertraagzaamheid en minimale onrust.De mogelijkheid om cross-device synchronisatie te handhaven is cruciaal, met name in omgevingen waar de responstijd van milliseconden van cruciaal belang is voor de werking en beveiliging van het systeem.Netwerkoplossingen moeten zich aanpassen aan de beperkte ruimte van netwerksubsystemen in productie-eenheden of voertuigchassis.
Hoe aan de eisen van tijdgevoelige en ruimtebeperkte toepassingen voor netwerken kan worden voldaan
Volgens de normen IEEE 802.3bw (100BASE-T1) en IEEE 802.3bp (1000BASE-T1)SPE is geschikt voor Gigabit Ethernet (GbE) in industriële en automotive toepassingen en is een vereenvoudigd fysiek laag alternatief voor traditionele Ethernet. SPE ondersteunt strikte eisen voor tijdgevoelige toepassingen, terwijl de kabelcomplexiteit en de systeemkosten worden verminderd.SPE-gebaseerde netwerkontwerpers worden nog steeds geconfronteerd met uitdagingen bij het integreren van passende apparaten en het waarborgen van hun functionele beveiligingsbereidheid.
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 integreert een compleet PHY-subsysteem, met inbegrip van fysieke codering sublaag (PCS), eindige staat machine (FSM), analoge front-end (AFE), low dropout (LDO) regulator, spanningsbewaking,beëindiging op de chip, en geïntegreerde filtratie.
Schematisch schema van de geïntegreerde 1000BASE-T1 PHY-transceiver met microchip LAN8872 (klik om te vergroten)
Figuur 1: LAN8872 biedt een geïntegreerde 1000BASE-T1 PHY-transceiver, inclusief PCS, LDO-regelaar, spanningsbewaking AFE、FSM、 Volledige functies zoals on-chip terminals en geïntegreerde filtering.(Foto bron): Microchiptechnologie)
LAN8872 heeft ingebouwde ondersteuning voor IEEE 1588-2019 en IEEE 802.1AS-2020 precisie klok synchronisatie protocol normen,en volledig compatibel is met real-time Ethernet audio- en video-bridging (AVB) en IEEE 802.1 tijdgevoelige netwerkstandaarden (TSN). De deterministische timingfunctie van LAN8872 kan ontwikkelaars helpen nauwe synchronisatie tussen meerdere systemen te handhaven,en de energiebeheersfunctie kan voldoen aan de vraag van mensen naar robuuste verbindingen met een laag vermogen, zelfs in ruwe omgevingen.
Vergemakkelijken van het ontwerp van SPE-netwerken met een laag vermogen
LAN8872 maakt gebruik van de energiebesparende technologie EtherGREEN van Microchip, waardoor het apparaat een typisch verbruik van slechts 15 microampere (μ A) kan bereiken in de ultra-low-power slaapmodus.Dit apparaat ondersteunt het slaap- en ontwakingsmechanisme op afstand volgens de standaard van het OPEN Alliance Technical Committee 10 (TC10).De INH-uitgang van het apparaat stelt het apparaat in staat om de stroomvoorziening van de elektronische bedieningseenheid (ECU) in of uit te schakelen.LAN8872 is uitgerust met Microchip's FlexPWR power management technologie, waardoor energie verder wordt bespaard door variabele I/O- en kernspanning.
De hoge integratie van LAN8872 vereenvoudigt het ontwerp verder.de combinatie van on-chip terminal weerstanden en geïntegreerde transmissie filtering mogelijkheden maakt de oplossing compact in grootte en laag in elektromagnetische interferentie (EMI)Voor integratie op systeemniveau heeft LAN8872 een referentieklokuitgang en een standaard serieel gigabit media onafhankelijke interface (SGMII),vereenvoudiging van de interface met Ethernet-mediatoegangscontrollers (MAC) of apparaten met MAC-functionaliteit, met inbegrip van system on chip (SoC), microcontroller (MCU) en field programmable gate array (FPGA) (figuur 2).
Microchip ATA8520D Sigfox transceiver schema
Figuur 2: Ontwikkelaars hebben slechts een paar extra componenten nodig om de LAN8872 PHY-transceiver te integreren in hun SPE-netwerkoplossing. (Bildbron: Microchip Technology)
LAN8872 voldoet aan IEEE 802.3bp-2016-standaard en is ontworpen om gigabit-prestaties te bieden via een enkel paar draden en tegelijkertijd de probleemoplossing in kritieke industriële en automobielnetwerken te ondersteunenDit apparaat is nuttig voor netwerkdiagnoses en zijn kenmerken zijn onder meer het detecteren van short-circuit- of opencircuitkabeldefecten, ontvangersignaalkwaliteitsindicator (SQI), oververhitting,onderspanning, ondersteuning voor volledige onderbrekingen en verschillende loopback- en testmodi.
Versnellen van het ontwerp van SPE-oplossingen op basis van LAN8872
Om het ontwerp en de ontwikkeling te versnellen, biedt Microchip evaluatie boards om te voldoen aan de vereisten van verschillende ontwikkelaars.,De EV75E52A EVB-LAN8870-MC-evaluatiebord van Microchip (figuur 3) biedt een volledige mediaconverter die 1000BASE-T1 en standaard Gigabit Ethernet kan overbruggen.Ontwikkelaars moeten alleen een CAT5 Ethernet-kabel van de GbE-poort aansluiten op de RJ-45-interface van de printplaat, en verbindt vervolgens een twisted pair kabel van het SPE-netwerk aan de T1 automotive Ethernet-interface van de printplaat.