Komunikasi Ethernet real-time berkecepatan tinggi menjadi semakin penting untuk aplikasi yang sensitif terhadap waktu dalam otomasi industri dan sistem otomotif. Ethernet multi-pasangan tradisional sering kali gagal memenuhi persyaratan aplikasi tersebut karena kinerjanya yang tidak menentu, rangkaian kabel yang besar, dan konsumsi daya yang tinggi.
Solusi yang lebih efektif bergantung pada standar Single Pair Ethernet (SPE), yang dapat memberikan lapisan fisik yang disederhanakan (PHY), namun dapat menimbulkan tantangan kinerja dalam hal jarak transmisi kabel yang panjang dan kesiapan keselamatan fungsional, serta tantangan implementasi terkait memperoleh sumber daya desain yang efektif. Insinyur memerlukan solusi komprehensif yang dapat memenuhi persyaratan kinerja ketat jaringan SPE real-time sekaligus mempercepat kecepatan implementasi.
Artikel ini menguraikan persyaratan jaringan dan masalah terkait yang dihadapi oleh perancang aplikasi penting dan sensitif terhadap waktu, khususnya di bidang industri dan otomotif. Kemudian, solusi SPE Teknologi Microchip diperkenalkan, termasuk transceiver Ethernet PHY, papan evaluasi, dan sumber daya desain terkait, yang dapat membantu desainer mengatasi tantangan baru yang dihadapi dalam menerapkan sistem jaringan SPE yang sesuai standar.
Bagaimana persyaratan aplikasi utama mendorong kebutuhan akan Ethernet real-time
Ethernet real-time memainkan peran yang semakin penting dalam banyak aplikasi industri dan otomotif yang penting. Dalam Industrial Internet of Things (IIoT) dan sistem kontrol industri, koordinasi presisi tinggi antara sensor, pengontrol, dan aktuator memerlukan protokol seperti IEEE 1588 Precision Time Protocol (PTP) untuk mendukung jaringan komunikasi deterministik. Dalam aplikasi otomotif, termasuk sistem bantuan pengemudi tingkat lanjut (ADAS), infotainment, dan subsistem pemrosesan informasi jarak jauh, pertukaran data real-time yang andal memerlukan kemampuan untuk bertahan dalam kondisi ekstrem di lingkungan kendaraan.
Baik di bengkel pabrik atau di mobil, jaringan yang sensitif terhadap waktu harus memastikan latensi yang rendah dan terbatas, toleransi kesalahan yang tinggi, dan jitter yang minimal. Kemampuan untuk menjaga sinkronisasi lintas perangkat sangatlah penting, terutama di lingkungan di mana waktu respons milidetik sangat penting untuk pengoperasian dan keamanan sistem. Pada saat yang sama, solusi jaringan harus beradaptasi dengan terbatasnya ruang subsistem jaringan di unit manufaktur atau sasis kendaraan.
Bagaimana memenuhi persyaratan aplikasi yang sensitif terhadap waktu dan ruang untuk jaringan
Menurut standar IEEE 802.3bw (100BASE-T1) dan IEEE 802.3bp (1000BASE-T1), SPE cocok untuk Gigabit Ethernet (GbE) dalam aplikasi industri dan otomotif dan telah menjadi alternatif lapisan fisik yang disederhanakan untuk Ethernet tradisional. SPE mendukung persyaratan ketat untuk aplikasi yang sensitif terhadap waktu sekaligus mengurangi kompleksitas kabel dan biaya sistem. Namun, terlepas dari kelebihan ini, perancang jaringan berbasis SPE masih menghadapi tantangan dalam mengintegrasikan perangkat yang sesuai dan memastikan kesiapan keamanan fungsionalnya.
Transceiver LAN8872 1000BASE-T1 SPE PHY dari Microchip Technology (Gambar 1) dan sumber daya desain terkait dapat membantu pengembang mengatasi tantangan yang muncul ini ketika mengimplementasikan jaringan SPE yang sesuai standar. LAN8872 mengintegrasikan subsistem PHY lengkap, termasuk sublapisan pengkodean fisik (PCS), mesin keadaan terbatas (FSM), analog front-end (AFE), regulator dropout rendah (LDO), pemantauan tegangan, terminasi on-chip, dan penyaringan terintegrasi.
Diagram skema transceiver Microchip LAN8872 terintegrasi 1000BASE-T1 PHY (klik untuk memperbesar)
Gambar 1: LAN8872 menyediakan transceiver PHY 1000BASE-T1 terintegrasi, termasuk PCS, regulator LDO, pemantauan tegangan AFE、FSM、 Fungsi lengkap seperti terminal on-chip dan penyaringan terintegrasi. (Sumber gambar: Teknologi Microchip)
LAN8872 memiliki dukungan bawaan untuk standar protokol sinkronisasi jam presisi IEEE 1588-2019 dan IEEE 802.1AS-2020, dan sepenuhnya kompatibel dengan bridging audio dan video Ethernet real-time (AVB) dan standar jaringan sensitif waktu (TSN) IEEE 802.1. Fungsi pengaturan waktu deterministik LAN8872 dapat membantu pengembang mempertahankan sinkronisasi yang erat antara beberapa sistem, dan fungsi manajemen energinya dapat memenuhi permintaan masyarakat akan koneksi berdaya rendah yang kuat bahkan di lingkungan yang keras.
Sederhanakan desain jaringan SPE berdaya rendah
LAN8872 mengadopsi teknologi hemat energi EtherGREEN dari Microchip, yang memungkinkan perangkat mencapai konsumsi tipikal hanya 15 mikroampere (μ A) dalam mode tidur daya sangat rendah. Perangkat ini mendukung mekanisme tidur dan bangun jarak jauh standar OPEN Alliance Technical Committee 10 (TC10), dan dapat mengenali permintaan tidur dan merespons bangun pulsa WAKE-IN. Output INH-nya memungkinkan perangkat untuk mengaktifkan atau menonaktifkan catu daya unit kontrol elektronik (ECU). LAN8872 dilengkapi dengan teknologi manajemen daya FlexPWR Microchip, yang selanjutnya menghemat energi melalui variabel I/O dan tegangan catu daya inti.
Integrasi LAN8872 yang tinggi semakin menyederhanakan desain. Selain fungsi integrasinya yang luas, kombinasi resistor terminal on-chip dan kemampuan penyaringan transmisi terintegrasi menjadikan solusi ini berukuran kompak dan rendah interferensi elektromagnetik (EMI). Untuk integrasi tingkat sistem, LAN8872 memiliki output jam referensi dan antarmuka independen media gigabit serial standar (SGMII), menyederhanakan antarmuka dengan pengontrol akses media Ethernet (MAC) atau perangkat dengan fungsionalitas MAC, termasuk system on chip (SoC), mikrokontroler (MCU), dan field programmable gate array (FPGA) (Gambar 2).
Diagram skema transceiver Microchip ATA8520D Sigfox
Gambar 2: Pengembang hanya memerlukan beberapa komponen tambahan untuk mengintegrasikan transceiver LAN8872 PHY ke dalam solusi jaringan SPE mereka. (Sumber gambar: Teknologi Microchip)
LAN8872 mematuhi standar IEEE 802.3bp-2016 dan dirancang untuk memberikan kinerja gigabit melalui sepasang kabel sekaligus mendukung pemecahan masalah di jaringan industri dan otomotif yang penting. Perangkat ini berguna untuk diagnosis jaringan, dan fitur-fiturnya meliputi deteksi cacat kabel hubung singkat atau sirkuit terbuka, indikator kualitas sinyal penerima (SQI), perlindungan panas berlebih, perlindungan tegangan rendah, dukungan interupsi status penuh, dan berbagai mode loopback dan pengujian.