Komunikasi Ethernet real-time kecepatan tinggi menjadi semakin penting untuk aplikasi sensitif waktu dalam otomatisasi industri dan sistem otomotif.Ethernet multi pair tradisional sering gagal memenuhi persyaratan aplikasi tersebut karena kinerjanya yang tidak pasti, kabel yang besar dan konsumsi daya yang tinggi.
Solusi yang lebih efektif bergantung pada standar Single Pair Ethernet (SPE), yang dapat menyediakan lapisan fisik yang disederhanakan (PHY),tetapi dapat menimbulkan tantangan kinerja dalam hal jarak transmisi kabel yang panjang dan kesiapan keamanan fungsional, serta tantangan pelaksanaan yang terkait dengan mendapatkan sumber daya desain yang efektif.Insinyur membutuhkan solusi komprehensif yang dapat memenuhi persyaratan kinerja yang ketat dari jaringan SPE real-time sambil mempercepat kecepatan implementasi.
Artikel ini menguraikan persyaratan jaringan dan masalah terkait yang dihadapi oleh desainer aplikasi kritis dan sensitif waktu, terutama di bidang industri dan otomotif.Solusi SPE dari Microchip Technology 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 dengan standar.
Bagaimana persyaratan aplikasi utama mendorong kebutuhan untuk Ethernet real-time
Real time Ethernet memainkan peran yang semakin penting dalam banyak aplikasi industri dan otomotif kritis.koordinasi presisi tinggi antara sensor, pengontrol, dan aktuator membutuhkan protokol seperti IEEE 1588 Precision Time Protocol (PTP) untuk mendukung jaringan komunikasi deterministik.termasuk sistem bantuan pengemudi canggih (ADAS), infotainment, dan subsistem pengolahan informasi jarak jauh, pertukaran data real-time yang dapat diandalkan membutuhkan kemampuan untuk menahan kondisi ekstrem di lingkungan kendaraan.
Baik di bengkel pabrik atau di dalam mobil, jaringan sensitif waktu harus memastikan latensi rendah dan terbatas, toleransi kesalahan yang tinggi, dan jitter minimal.Kemampuan untuk mempertahankan sinkronisasi lintas perangkat sangat penting, terutama di lingkungan di mana waktu respons milidetik sangat penting untuk operasi dan keamanan sistem.solusi jaringan harus disesuaikan dengan ruang terbatas dari subsistem jaringan di unit manufaktur atau sasis kendaraan.
Cara memenuhi persyaratan aplikasi jaringan yang sensitif waktu dan terbatas ruang
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 lapisan fisik yang disederhanakan alternatif untuk Ethernet tradisional. SPE mendukung persyaratan yang ketat untuk aplikasi sensitif waktu sambil mengurangi kompleksitas kabel dan biaya sistem.Perancang jaringan berbasis SPE masih menghadapi tantangan dalam mengintegrasikan perangkat yang tepat dan memastikan kesiapan keamanan fungsional mereka.
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 mengintegrasikan subsystem PHY lengkap, termasuk sublayer pengkodean fisik (PCS), mesin keadaan terbatas (FSM), front-end analog (AFE), pengatur drop-out rendah (LDO), pemantauan tegangan,Penghentian pada chip, dan penyaringan terintegrasi.
Diagram skematik Microchip LAN8872 terintegrasi 1000BASE-T1 PHY transceiver (klik untuk memperbesar)
Gambar 1: LAN8872 menyediakan transceiver 1000BASE-T1 PHY 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 real-time Ethernet audio dan video bridging (AVB) dan IEEE 802.1 standar jaringan sensitif waktu (TSN). Fungsi waktu deterministik LAN8872 dapat membantu pengembang mempertahankan sinkronisasi ketat antara beberapa sistem,dan fungsi pengelolaan energi dapat memenuhi permintaan orang untuk koneksi daya rendah yang kuat bahkan di lingkungan yang keras.
Sederhanakan desain jaringan SPE bertenaga rendah
LAN8872 mengadopsi teknologi penghematan energi EtherGREEN dari Microchip, yang memungkinkan perangkat untuk mencapai konsumsi khas hanya 15 microampere (μ A) dalam mode tidur daya ultra rendah.Perangkat ini mendukung mekanisme tidur dan bangun jarak jauh dari Standar Komite Teknis OPEN Alliance 10 (TC10), dan dapat mengenali permintaan tidur dan merespons wake-up pulse WAKE-IN. Output INH memungkinkan perangkat untuk mengaktifkan atau menonaktifkan catu daya unit kontrol elektronik (ECU).LAN8872 dilengkapi dengan teknologi manajemen daya FlexPWR Microchip, yang lebih menghemat energi melalui I / O variabel dan tegangan catu daya inti.
Integrasi tinggi LAN8872 lebih menyederhanakan desain.Kombinasi resistor terminal on-chip dan kemampuan penyaringan transmisi terintegrasi membuat solusi berukuran kompak dan rendah gangguan 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 fungsi MAC, termasuk system on chip (SoC), microcontroller (MCU), dan field programmable gate array (FPGA) (Gambar 2).
Diagram skema transceiver Sigfox ATA8520D
Gambar 2: Pengembang hanya membutuhkan beberapa komponen tambahan untuk mengintegrasikan transceiver LAN8872 PHY ke dalam solusi jaringan SPE mereka. (Sumber gambar: Microchip Technology)
LAN8872 sesuai dengan IEEE 802.Standar 3bp-2016 dan dirancang untuk memberikan kinerja gigabit melalui sepasang kabel tunggal sambil mendukung pemecahan masalah di jaringan industri dan otomotif kritisPerangkat ini berguna untuk diagnosis jaringan dan fiturnya termasuk short circuit atau open circuit cable defect detection, receiver signal quality indicator (SQI), overheat protection,perlindungan dari tegangan rendah, dukungan gangguan keadaan penuh, dan berbagai mode loopback dan tes.
Mempercepat desain solusi SPE berdasarkan LAN8872
Untuk mempercepat desain dan pengembangan, Microchip menyediakan papan evaluasi untuk memenuhi persyaratan pengembang yang berbeda.,Microchip EV75E52A EVB-LAN8870-MC evaluasi papan (Gambar 3) menyediakan media konverter lengkap yang dapat jembatan 1000BASE-T1 dan standar Gigabit Ethernet.Pengembang hanya perlu menghubungkan kabel Ethernet CAT5 dari port GbE ke antarmuka RJ-45 dari papan sirkuit, dan kemudian menghubungkan kabel twisted pair dari jaringan SPE ke antarmuka Ethernet otomotif T1 dari papan sirkuit.