Wysokiej prędkości łączność Ethernet w czasie rzeczywistym staje się coraz ważniejsza dla aplikacji wrażliwych na czas w systemach automatyki przemysłowej i samochodowej.Tradycyjny wielopar Ethernet często nie spełnia wymogów takich aplikacji ze względu na niepewną wydajność, nieporęczne pasy kablowe i wysokie zużycie energii.
Bardziej skuteczne rozwiązanie opiera się na standardzie Single Pair Ethernet (SPE), który może zapewnić uproszczoną warstwę fizyczną (PHY),ale może stwarzać wyzwania w zakresie wydajności pod względem długiej odległości przesyłu kabli i gotowości funkcjonalnej bezpieczeństwa, a także wyzwania związane z realizacją w zakresie uzyskiwania skutecznych zasobów projektowych.Inżynierowie potrzebują kompleksowego rozwiązania, które może spełniać rygorystyczne wymagania dotyczące wydajności sieci SPE w czasie rzeczywistym, przy jednoczesnym przyspieszeniu szybkości wdrożenia.
W tym artykule przedstawiono wymagania związane z sieciami i związane z nimi problemy, z którymi borykają się projektanci krytycznych, wrażliwych na czas aplikacji, zwłaszcza w dziedzinie przemysłu i motoryzacji.Wprowadzono rozwiązanie SPE firmy Microchip Technology, w tym nadajniki Ethernet PHY, tablice oceny i powiązane zasoby projektowe,które mogą pomóc projektantom w rozwiązywaniu nowych wyzwań napotkanych przy wdrażaniu zgodnych ze standardem systemów sieciowych SPE.
W jaki sposób kluczowe wymagania aplikacyjne napędzają potrzebę Ethernet w czasie rzeczywistym
Ethernet w czasie rzeczywistym odgrywa coraz ważniejszą rolę w wielu krytycznych zastosowaniach przemysłowych i motoryzacyjnych.wysokiej precyzji koordynacji pomiędzy czujnikami, kontrolerów i siłowników wymaga protokołów takich jak IEEE 1588 Precision Time Protocol (PTP) do obsługi deterministycznych sieci komunikacyjnych.w tym zaawansowane systemy wspomagania kierowcy (ADAS)W przypadku podsystemów informacyjno-rozrywkowych i zdalnego przetwarzania informacji, niezawodna wymiana danych w czasie rzeczywistym wymaga zdolności do wytrzymania ekstremalnych warunków w otoczeniu pojazdu.
Niezależnie od tego, czy w fabryce, czy w samochodzie, sieci czułe na czas muszą zapewnić niską i ograniczoną opóźnienie, wysoką tolerancję błędów i minimalne drgania.Możliwość utrzymania synchronizacji między urządzeniami jest kluczowa, zwłaszcza w środowiskach, w których czas reakcji w milisekundach ma kluczowe znaczenie dla funkcjonowania i bezpieczeństwa systemu.rozwiązania sieciowe muszą być dostosowane do ograniczonej przestrzeni podsystemów sieciowych w jednostkach produkcyjnych lub podwozie pojazdu.
Jak spełniać wymagania dotyczące aplikacji wrażliwych na czas i ograniczonych przestrzeni dla sieci
Zgodnie ze standardami IEEE 802.3bw (100BASE-T1) i IEEE 802.3bp (1000BASE-T1)SPE jest odpowiedni dla Gigabit Ethernet (GbE) w zastosowaniach przemysłowych i motoryzacyjnych i stał się uproszczoną warstwą fizyczną alternatywą dla tradycyjnego ethernetuSPE obsługuje rygorystyczne wymagania dotyczące aplikacji wrażliwych na czas, przy jednoczesnym zmniejszeniu złożoności kabli i kosztów systemu.Projektanci sieci opartych na SPE nadal borykają się z wyzwaniami w zakresie integracji odpowiednich urządzeń i zapewnienia ich gotowości funkcjonalnej w zakresie bezpieczeństwa.
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 networksLAN8872 integruje kompletny podsystem PHY, w tym podwarstwę fizycznego kodowania (PCS), maszynę o stanie skończonym (FSM), analogowy front-end (AFE), regulator niskiego opuszczenia (LDO), monitorowanie napięcia,zakończenie na chipie, oraz zintegrowane filtrowanie.
Schematyczny schemat zintegrowanego nadajnika 1000BASE-T1 PHY Microchip LAN8872 (kliknij, aby powiększyć)
Rysunek 1: LAN8872 zapewnia zintegrowany nadajnik 1000BASE-T1 PHY, w tym PCS, regulator LDO, monitorowanie napięcia AFE、FSM、 Kompletne funkcje, takie jak terminale na układzie i zintegrowane filtrowanie.(źródło zdjęcia)Technologia mikroczipów)
LAN8872 posiada wbudowaną obsługę standardów protokołu synchronizacji zegarów precyzyjnych IEEE 1588-2019 i IEEE 802.1AS-2020,i jest w pełni kompatybilny z real-time Ethernet audio and video bridging (AVB) i IEEE 802.1 Standardy sieci czułej na czas (TSN). Deterministyczna funkcja czasowania LAN8872 może pomóc programistom w utrzymaniu ścisłej synchronizacji między wieloma systemami,a jego funkcja zarządzania energią może zaspokoić zapotrzebowanie ludzi na solidne połączenia o niskim zużyciu energii nawet w trudnych warunkach.
Uproszczenie projektowania sieci SPE o niskiej mocy
LAN8872 przyjmuje technologię oszczędności energii EtherGREEN firmy Microchip, która umożliwia urządzeniu osiągnięcie typowego zużycia tylko 15 mikroamperów (μ A) w trybie uśpienia o bardzo niskiej mocy.Urządzenie to obsługuje mechanizm zdalnego snu i budzenia zgodnie ze standardem OPEN Alliance Technical Committee 10 (TC10).Jego wyjście INH pozwala urządzeniu na włączenie lub wyłączenie zasilania elektronicznego układu sterującego (ECU).LAN8872 jest wyposażony w technologię zarządzania energią FlexPWR firmy Microchip, co dodatkowo pozwala zaoszczędzić energię poprzez zmienne napięcie wejścia/wyjścia oraz napięcie zasilania rdzenia.
Wysoka integracja LAN8872 dodatkowo upraszcza konstrukcję.połączenie rezystorów końcowych na układzie i zintegrowanych możliwości filtrowania transmisji sprawia, że rozwiązanie jest kompaktowe pod względem wielkości i ma niskie zakłócenia elektromagnetyczne (EMI)W celu integracji na poziomie systemu, LAN8872 posiada wyjście zegara odniesienia i standardowy seryjny interfejs niezależny od gigabitowych mediów (SGMII),uproszczenie interfejsu z kontrolerami dostępu do mediów Ethernet (MAC) lub urządzeniami z funkcją MAC, w tym system na chipie (SoC), mikrokontroler (MCU) i pole programowalne granice (FPGA) (rysunek 2).
Diagram schematyczny nadajnika ATA8520D Sigfox
Rysunek 2: Twórcy potrzebują tylko kilku dodatkowych komponentów, aby zintegrować nadajnik LAN8872 PHY ze swoim rozwiązaniem sieciowym SPE. (źródło zdjęcia: Microchip Technology)
LAN8872 jest zgodny z normą IEEE 802.3bp-2016 standard i jest zaprojektowany w celu zapewnienia wydajności gigabitów za pośrednictwem jednej pary przewodów przy jednoczesnym wspieraniu rozwiązywania problemów w krytycznych sieciach przemysłowych i motoryzacyjnychUrządzenie to jest przydatne do diagnostyki sieci, a jego cechy obejmują wykrywanie defektów kabli krótkiego obwodu lub otwartego obwodu, wskaźnik jakości sygnału odbiorcy (SQI), ochronę przed przegrzaniem,ochrona przed pod napięciem, wsparcie przerwy w pełnym stanie oraz różne tryby pętli i testów.
przyspieszenie projektowania rozwiązań SPE opartych na LAN8872
W celu przyspieszenia projektowania i rozwoju, Microchip zapewnia tablice oceny, aby spełnić wymagania różnych programistów.,EV75E52A EVB-LAN8870-MC tablica oceny Microchip (rysunek 3) zapewnia kompletny konwerter mediów, który może łączyć 1000BASE-T1 i standardowy Gigabit Ethernet.Deweloperzy muszą tylko podłączyć kabel Ethernet CAT5 z portu GbE do interfejsu RJ-45 płyty obwodowej, a następnie podłączyć przewód spinanego z sieci SPE do interfejsu Ethernet T1 dla pojazdów płyty obwodów.