Hochgeschwindigkeits-Echtzeit-Ethernet-Kommunikation gewinnt zunehmend an Bedeutung für zeitempfindliche Anwendungen in der industriellen Automatisierung und in Automobilsystemen.Das traditionelle Multipair-Ethernet ist aufgrund seiner unsicheren Leistung oft nicht in der Lage, die Anforderungen solcher Anwendungen zu erfüllen., sperrige Kabelbänder und hoher Stromverbrauch.
Eine wirksamere Lösung beruht auf dem Standard Single Pair Ethernet (SPE), der eine vereinfachte physikalische Schicht (PHY) bereitstellen kann,die Leistungsfähigkeit von Kabeln mit hoher Übertragungsdistanz und Funktionssicherheit beeinträchtigen kann, sowie die Umsetzungsherausforderungen im Zusammenhang mit der Beschaffung effektiver Entwurfsressourcen.Die Ingenieure benötigen eine umfassende Lösung, die die strengen Leistungsanforderungen von Echtzeit-SPE-Netzwerken erfüllen und gleichzeitig die Implementierungsgeschwindigkeit beschleunigen kann.
Dieser Artikel beschreibt die Anforderungen an die Vernetzung und die damit verbundenen Probleme, mit denen Entwickler kritischer, zeitbezogener Anwendungen, insbesondere in der Industrie und im Automobilbereich, konfrontiert sind.Die SPE-Lösung von Microchip Technology wurde eingeführt, einschließlich Ethernet-PHY-Transceiver, Bewertungstafeln und zugehörigen Entwurfsressourcen,die den Konstrukteuren helfen können, neue Herausforderungen bei der Implementierung standardkonformer SPE-Netzsysteme zu bewältigen.
Wie wichtige Anwendungsvoraussetzungen den Bedarf an Echtzeit-Ethernet steigern
Echtzeit-Ethernet spielt eine immer wichtigere Rolle in vielen kritischen Anwendungen in der Industrie und im Automobilbereich.hochpräzise Koordinierung zwischen Sensoren, Steuerungen und Aktoren erfordert Protokolle wie IEEE 1588 Precision Time Protocol (PTP) zur Unterstützung deterministischer Kommunikationsnetzwerke.einschließlich fortgeschrittener Fahrerassistenzsysteme (ADAS), Infotainment- und Ferninformationsverarbeitungsuntersysteme, erfordert ein zuverlässiger Echtzeit-Datenaustausch die Fähigkeit, extremen Bedingungen im Fahrzeugumfeld standzuhalten.
Ob in der Werkstatt oder im Auto, zeitempfindliche Netzwerke müssen eine geringe und begrenzte Latenzzeit, eine hohe Fehlerverträglichkeit und minimale Jitter gewährleisten.Die Fähigkeit zur Aufrechterhaltung der Geräteübergreifenden Synchronisierung ist entscheidend, insbesondere in Umgebungen, in denen die Reaktionszeit von Millisekunden für den Betrieb und die Sicherheit des Systems von entscheidender Bedeutung ist.Netzwerklösungen müssen sich an den begrenzten Raum der Netzwerkuntersysteme in Produktionsanlagen oder Fahrzeugchassis anpassen..
Wie die Anforderungen zeitbezogener und räumlich begrenzter Anwendungen für Netze erfüllt werden
Nach den Normen IEEE 802.3bw (100BASE-T1) und IEEE 802.3bp (1000BASE-T1)SPE ist für Gigabit Ethernet (GbE) in Industrie- und Automobilanwendungen geeignet und ist zu einer vereinfachten physikalischen Schicht Alternative zum traditionellen Ethernet geworden. SPE unterstützt strenge Anforderungen an zeitbezogene Anwendungen und senkt gleichzeitig die Kabelkomplexität und die Systemkosten.SPE-basierte Netzwerkentwickler stehen immer noch vor Herausforderungen bei der Integration geeigneter Geräte und der Sicherstellung ihrer funktionalen Sicherheitsbereitschaft.
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 integriert ein vollständiges PHY-Subsystem, einschließlich physikalischer Codierungssubschicht (PCS), Endzustandmaschine (FSM), analogen Frontend (AFE), Low Dropout (LDO) Regulator, Spannungsüberwachung,Endung auf dem Chip, und integrierte Filterung.
Schematisches Diagramm des integrierten 1000BASE-T1 PHY-Transceivers mit Microchip LAN8872 (Klicken Sie, um zu vergrößern)
Abbildung 1: LAN8872 bietet einen integrierten 1000BASE-T1 PHY-Transceiver, einschließlich PCS, LDO-Regulator, Spannungsüberwachung AFE、FSM、 Komplettfunktionen wie On-Chip-Terminals und integrierte Filterung.(Bildquelle)(Mikrochip-Technologie)
LAN8872 unterstützt die Standards IEEE 1588-2019 und IEEE 802.1AS-2020 für Präzisions-Uhr-Synchronisationsprotokolle,und ist voll kompatibel mit Echtzeit-Ethernet-Audio- und Video-Bridging (AVB) und IEEE 802Die deterministische Timing-Funktion von LAN8872 kann Entwicklern helfen, eine enge Synchronisierung zwischen mehreren Systemen aufrechtzuerhalten,und seine Energieverwaltungsfunktion kann die Nachfrage der Menschen nach robusten Niedrigleistungsanschlüssen auch in rauen Umgebungen erfüllen.
Vereinfachung der Konstruktion von SPE-Netzwerken mit geringer Leistung
LAN8872 nutzt die Energieeinspartechnologie EtherGREEN von Microchip, die es dem Gerät ermöglicht, einen typischen Verbrauch von nur 15 Mikroampern (μ A) im Schlafmodus mit sehr geringer Leistung zu erzielen.Dieses Gerät unterstützt den Fernschlaf- und Weckmechanismus nach dem Standard des Technischen Komitees 10 (TC10) der OPEN AllianceDer INH-Ausgang ermöglicht es dem Gerät, die Stromversorgung der elektronischen Steuerungseinheit (ECU) zu aktivieren oder zu deaktivieren.LAN8872 ist mit Microchips FlexPWR-Strommanagementtechnologie ausgestattet, was durch variable E/A- und Kernstromversorgungsspannung weitere Energieeinsparungen ermöglicht.
Die hohe Integration von LAN8872 vereinfacht das Design weiter.Die Kombination von On-Chip-Terminalwiderständen und integrierten Übertragungsfilterfunktionen macht die Lösung kompakter und mit geringer elektromagnetischer Interferenz (EMI)Für die Integration auf Systemebene verfügt LAN8872 über einen Referenz-Uhr-Ausgang und eine standardmäßige serielle gigabit-medienunabhängige Schnittstelle (SGMII),Vereinfachung der Schnittstelle mit Ethernet-Medienzugangscontrollern (MAC) oder Geräten mit MAC-Funktionalität, einschließlich System on Chip (SoC), Mikrocontroller (MCU) und Feldprogrammierbares Gate Array (FPGA) (Abbildung 2).
Mikrochip ATA8520D Sigfox-Transceiver-Schema
Abbildung 2: Entwickler benötigen nur wenige zusätzliche Komponenten, um den LAN8872 PHY-Transceiver in ihre SPE-Netzwerklösung zu integrieren. (Bildquelle: Microchip Technology)
LAN8872 entspricht der IEEE 802.3bp-2016-Standard und wurde entwickelt, um Gigabit-Leistung über ein einziges Kabelpaar bereitzustellen und gleichzeitig die Fehlerbehebung in kritischen industriellen und automobilen Netzwerken zu unterstützenDieses Gerät ist hilfreich für die Netzwerkdiagnose und bietet unter anderem Kurzschluss- oder Open-Circuit-Kabelfehlererkennung, Empfängersignalqualitätsindikator (SQI), Überhitzungsschutz,Unterspannungsschutz, Unterstützung von Unterbrechungen im vollen Zustand und verschiedene Loopback- und Testmodi.
Beschleunigung der Entwicklung von SPE-Lösungen auf Basis von LAN8872
Zur Beschleunigung von Design und Entwicklung stellt Microchip Bewertungsboards zur Verfügung, um die Anforderungen verschiedener Entwickler zu erfüllen.,Das EV75E52A EVB-LAN8870-MC-Bild (Abbildung 3) von Microchip liefert einen vollständigen Medienwandler, der 1000BASE-T1 und das Standard-Gigabit-Ethernet überbrücken kann.Entwickler müssen nur ein CAT5-Ethernetkabel vom GbE-Port an die RJ-45-Schnittstelle der Leiterplatte anschließen, und anschließend ein Drehpaarkabel aus dem SPE-Netzwerk an die T1-Automotive-Ethernet-Schnittstelle der Leiterplatte anschließen.