Yüksek hızlı gerçek zamanlı Ethernet iletişimi, endüstriyel otomasyon ve otomotiv sistemlerindeki zaman hassas uygulamaları için giderek daha önemli hale geliyor.Geleneksel çok çiftli Ethernet, belirsiz performansı nedeniyle genellikle bu tür uygulamaların gereksinimlerini karşılamıyor, hacimli kablo kemerleri ve yüksek güç tüketimi.
Daha etkili bir çözüm, basitleştirilmiş bir fiziksel katman (PHY) sağlayabilen Tek Çiftli Ethernet (SPE) standardına dayanır.Ancak uzun kablo iletim mesafesi ve işlevsel güvenlik hazırlığı açısından performans zorlukları oluşturabilir., ayrıca etkili tasarım kaynaklarının elde edilmesiyle ilgili uygulama zorlukları.Mühendisler, uygulama hızını hızlandırırken gerçek zamanlı SPE ağlarının sıkı performans gereksinimlerini karşılayabilecek kapsamlı bir çözüme ihtiyaç duyarlar.
Bu makalede, özellikle endüstriyel ve otomotiv alanlarında kritik, zaman hassas uygulamaların tasarımcılarının karşılaştığı ağ gereksinimleri ve ilgili sorunlar özetlenir.Microchip Technology'nin SPE çözümü tanıtıldı, Ethernet PHY alıcıları, değerlendirme tabloları ve ilgili tasarım kaynakları dahil olmak üzere,Tasarımcılara standart uyumlu SPE ağ sistemlerinin uygulanmasında karşılaşılan yeni zorlukları çözmelerine yardımcı olabilir.
Ana uygulama gereksinimlerinin gerçek zamanlı Ethernet ihtiyacını nasıl yönlendirdiği
Gerçek zamanlı Ethernet, birçok kritik endüstriyel ve otomotiv uygulamasında giderek daha önemli bir rol oynuyor.Sensörler arasındaki yüksek hassasiyetli koordinasyon, denetleyiciler ve aktüatörler, deterministik iletişim ağlarını desteklemek için IEEE 1588 Precision Time Protocol (PTP) gibi protokoller gerektirir.Gelişmiş Sürücü Yardım Sistemleri (ADAS) dahil, infotainment ve uzaktan bilgi işleme alt sistemleri, güvenilir gerçek zamanlı veri değişimi, araç ortamındaki aşırı koşullara dayanabilme yeteneğini gerektirir.
Fabrika atölyesinde veya arabada olsun, zaman hassas ağlar düşük ve sınırlı gecikme, yüksek hata toleransı ve minimum gerginliği sağlamak zorundadır.Aygıtlar arası senkronizasyonu sürdürme yeteneği çok önemlidir.Özellikle milisaniye yanıt süresi sistem işleyişi ve güvenliği için kritik olan ortamlarda.Ağ çözümleri, üretim birimlerinde veya araç şasilerinde bulunan ağ alt sistemlerinin sınırlı alanına uyarlanmalıdır..
Ağlar için zaman hassas ve alan kısıtlı uygulamaların gereksinimlerini nasıl karşılayacağız?
IEEE 802.3bw (100BASE-T1) ve IEEE 802.3bp (1000BASE-T1) standartlarına göre,SPE, endüstriyel ve otomotiv uygulamalarında Gigabit Ethernet (GbE) için uygundur ve geleneksel Ethernet'e basitleştirilmiş bir fiziksel katman alternatifi haline geldiSPE, kablo karmaşıklığını ve sistem maliyetlerini azaltırken, zaman hassas uygulamaları için sıkı gereksinimleri destekler.SPE tabanlı ağ tasarımcıları hala uygun cihazları entegre etmek ve işlevsel güvenlik hazırlıklarını sağlamakta zorluklarla karşı karşıyadır.
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, fiziksel kodlama alt katmanı (PCS), sonlu durum makinesi (FSM), analog ön uç (AFE), düşük düşme düzenleyicisi (LDO), voltaj izleme,Çip içi sonlandırma, ve entegre filtreleme.
Mikroçip LAN8872 entegre 1000BASE-T1 PHY alıcısının şematik şeması (büyütmek için tıklayın)
Şekil 1: LAN8872, PCS, LDO düzenleyicisi, voltaj izleme AFE、FSM、 Çip içi terminaller ve entegre filtreleme gibi tam fonksiyonları içeren entegre 1000BASE-T1 PHY alıcı sağlar.(Resim kaynağı)Mikroçip Teknolojisi)
LAN8872, IEEE 1588-2019 ve IEEE 802.1AS-2020 hassas saat senkronizasyon protokol standartları için yerleşik desteğe sahiptir.ve gerçek zamanlı Ethernet ses ve video köprüsü (AVB) ve IEEE 802 ile tamamen uyumludurLAN8872'nin belirleyici zamanlama fonksiyonu, geliştiricilerin birden fazla sistem arasında sıkı senkronizasyonu sürdürmelerine yardımcı olabilir.ve enerji yönetimi fonksiyonu insanların zorlu ortamlarda bile sağlam düşük güç bağlantıları talebini karşılayabilir.
Düşük güçlü SPE ağ tasarımını basitleştirmek
LAN8872, Microchip'in enerji tasarrufu sağlayan EtherGREEN teknolojisini benimser. Bu da cihazın ultra düşük güç uyku modunda tipik olarak sadece 15 mikroampere (μ A) ulaşmasını sağlar.Bu cihaz, OPEN İttifakı Teknik Komitesi 10 (TC10) standardının uzaktan uyku ve uyandırma mekanizmasını destekler., uyku isteklerini tanıyabilir ve WAKE-IN nabız uyandırmalarına yanıt verebilir.LAN8872 Microchip'in FlexPWR güç yönetimi teknolojisi ile donatılmıştır, bu da değişken I / O ve çekirdek güç kaynağı voltajı sayesinde enerji tasarrufu sağlar.
LAN8872'nin yüksek entegrasyonu tasarımı daha da basitleştirir.Çip içi terminal dirençlerinin ve entegre iletim filtreleme yeteneklerinin kombinasyonu, çözümü boyut olarak kompakt ve düşük elektromanyetik müdahale (EMI) yaparSistem düzeyinde entegrasyon için LAN8872, bir referans saat çıkışına ve standart bir seri gigabit medya bağımsız arayüzüne (SGMII) sahiptir.Ethernet medya erişim denetleyicileri (MAC) veya MAC işlevselliğine sahip cihazlarla arayüzün basitleştirilmesi, Çip üzerindeki sistem (SoC), mikro denetleyici (MCU) ve alan programlanabilir kapı dizisi (FPGA) dahil (Şekil 2).
Mikroçip ATA8520D Sigfox alıcı şeması
Şekil 2: Geliştiricilerin LAN8872 PHY alıcısını SPE ağ çözümlerine entegre etmek için sadece birkaç ek bileşene ihtiyaçları vardır. (Süret kaynağı: Microchip Teknolojisi)
LAN8872 IEEE 802'ye uygun.3bp-2016 standardı ve kritik endüstriyel ve otomotiv ağlarında sorun gidermeyi desteklerken tek bir kablo çifti ile gigabit performansı sağlamak için tasarlanmıştır.Bu cihaz ağ teşhisi için yararlıdır ve özellikleri kısa devre veya açık devre kablo hatası tespiti, alıcı sinyal kalitesi göstergesi (SQI), aşırı ısınma koruması,Alt voltaj koruması, tam durum kesinti desteği ve çeşitli döngü ve test modları.