Η επικοινωνία Ethernet υψηλής ταχύτητας σε πραγματικό χρόνο αποκτά ολοένα και μεγαλύτερη σημασία για εφαρμογές ευαίσθητες στο χρόνο στα συστήματα βιομηχανικού αυτοματισμού και αυτοκινήτων.Το παραδοσιακό Ethernet πολλών ζευγαριών συχνά δεν ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις τέτοιων εφαρμογών λόγω της αβέβαιης απόδοσής του, ογκώδη καλώδια και υψηλή κατανάλωση ενέργειας.
Μια πιο αποτελεσματική λύση βασίζεται στο πρότυπο Single Pair Ethernet (SPE), το οποίο μπορεί να παρέχει ένα απλουστευμένο φυσικό στρώμα (PHY),αλλά μπορεί να δημιουργήσει προβλήματα απόδοσης όσον αφορά τη μεγάλη απόσταση μετάδοσης καλωδίων και την ετοιμότητα λειτουργικής ασφάλειας, καθώς και προκλήσεις υλοποίησης που σχετίζονται με την απόκτηση αποτελεσματικών πόρων σχεδιασμού.Οι μηχανικοί χρειάζονται μια ολοκληρωμένη λύση που μπορεί να ανταποκρίνεται στις αυστηρές απαιτήσεις απόδοσης των δικτύων SPE σε πραγματικό χρόνο, επιταχύνοντας παράλληλα την ταχύτητα εφαρμογής.
Το άρθρο αυτό περιγράφει τις απαιτήσεις δικτύωσης και τα συναφή ζητήματα που αντιμετωπίζουν οι σχεδιαστές κρίσιμων, χρονικά ευαίσθητων εφαρμογών, ιδίως στους τομείς της βιομηχανίας και της αυτοκινητοβιομηχανίας.Η λύση SPE της Microchip Technology εισήχθη, συμπεριλαμβανομένων των δέκτων δέσμης Ethernet PHY, των πινάκων αξιολόγησης και των σχετικών πόρων σχεδιασμού,που μπορεί να βοηθήσει τους σχεδιαστές να αντιμετωπίσουν τις νέες προκλήσεις που αντιμετωπίζουν κατά την εφαρμογή συστημάτων δικτύου SPE συμμορφούμενων με πρότυπα.
Πώς οι βασικές απαιτήσεις εφαρμογής οδηγούν στην ανάγκη για Ethernet σε πραγματικό χρόνο
Το Ethernet σε πραγματικό χρόνο διαδραματίζει όλο και πιο σημαντικό ρόλο σε πολλές κρίσιμες βιομηχανικές και αυτοκινητοβιομηχανικές εφαρμογές.υψηλής ακρίβειας συντονισμός μεταξύ αισθητήρων, ελεγκτές και ενεργοποιητές απαιτεί πρωτόκολλα όπως το IEEE 1588 Precision Time Protocol (PTP) για την υποστήριξη των καθοριστικών δικτύων επικοινωνίας.συμπεριλαμβανομένων των προηγμένων συστημάτων υποστήριξης του οδηγού (ADAS), τα υποσυστήματα πληροφορικής και ψυχαγωγίας και εξ αποστάσεως επεξεργασία πληροφοριών, η αξιόπιστη ανταλλαγή δεδομένων σε πραγματικό χρόνο απαιτεί την ικανότητα αντοχής σε ακραίες συνθήκες στο περιβάλλον του οχήματος.
Είτε στο εργοστάσιο είτε στο αυτοκίνητο, τα ευαίσθητα στο χρόνο δίκτυα πρέπει να εξασφαλίζουν χαμηλή και περιορισμένη καθυστέρηση, υψηλή ανοχή σφαλμάτων και ελάχιστο jitter.Η ικανότητα διατήρησης του συντονισμού μεταξύ συσκευών είναι ζωτικής σημασίας, ειδικά σε περιβάλλοντα όπου ο χρόνος απόκρισης σε χιλιοστά του δευτερολέπτου είναι κρίσιμος για τη λειτουργία και την ασφάλεια του συστήματος.Οι λύσεις δικτύου πρέπει να προσαρμόζονται στον περιορισμένο χώρο των υποσυστημάτων δικτύου στις μονάδες παραγωγής ή στο πλαίσιο του οχήματος..
Ο τρόπος εκπλήρωσης των απαιτήσεων των εφαρμογών για δίκτυα που είναι ευαίσθητες σε χρονικό διάστημα και περιορισμένου χώρου
Σύμφωνα με τα πρότυπα IEEE 802.3bw (100BASE-T1) και IEEE 802.3bp (1000BASE-T1),Το SPE είναι κατάλληλο για Gigabit Ethernet (GbE) σε βιομηχανικές και αυτοκινητοβιομηχανικές εφαρμογές και έχει γίνει μια απλουστευμένη φυσική στρώση εναλλακτική στην παραδοσιακή EthernetΤο SPE υποστηρίζει αυστηρές απαιτήσεις για εφαρμογές ευαίσθητες στο χρόνο, μειώνοντας παράλληλα την πολυπλοκότητα των καλωδίων και το κόστος του συστήματος.Οι σχεδιαστές δικτύων που βασίζονται σε SPE εξακολουθούν να αντιμετωπίζουν προκλήσεις στην ενσωμάτωση κατάλληλων συσκευών και τη διασφάλιση της λειτουργικής ετοιμότητας ασφαλείας τους.
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 networksΤο LAN8872 ενσωματώνει ένα πλήρες υποσύστημα PHY, συμπεριλαμβανομένου του υποστρώματος φυσικής κωδικοποίησης (PCS), μηχανής πεπερασμένης κατάστασης (FSM), αναλογικού front-end (AFE), ρυθμιστή χαμηλής πτώσης (LDO), παρακολούθησης τάσης,τερματισμός στο τσιπ, και ενσωματωμένο φιλτράρισμα.
Σχεδιακό διάγραμμα του ενσωματωμένου πομπού 1000BASE-T1 PHY microchip LAN8872 (κάντε κλικ για να μεγαλώσετε)
Σχήμα 1: Το LAN8872 παρέχει έναν ολοκληρωμένο δέκτη 1000BASE-T1 PHY, συμπεριλαμβανομένου του PCS, του ρυθμιστή LDO, της παρακολούθησης τάσης AFE、FSM、 Πλήρεις λειτουργίες όπως τερματικά στο τσιπ και ολοκληρωμένο φιλτράρισμα.(Πηγή εικόνας)Τεχνολογία μικροτσίπ)
Το LAN8872 έχει ενσωματωμένη υποστήριξη για τα πρότυπα πρωτοκόλλου συγχρονισμού ρολογιού ακριβείας IEEE 1588-2019 και IEEE 802.1AS-2020,και είναι πλήρως συμβατή με την πραγματική ώρα Ethernet audio and video bridging (AVB) και IEEE 802Η καθοριστική λειτουργία συγχρονισμού του LAN8872 μπορεί να βοηθήσει τους προγραμματιστές να διατηρήσουν στενό συγχρονισμό μεταξύ πολλαπλών συστημάτων,και η λειτουργία διαχείρισης ενέργειας του μπορεί να ανταποκριθεί στη ζήτηση των ανθρώπων για ισχυρές συνδέσεις χαμηλής ισχύος ακόμη και σε σκληρά περιβάλλοντα.
Απλούστευση του σχεδιασμού δικτύων SPE χαμηλής ισχύος
Το LAN8872 υιοθετεί την τεχνολογία εξοικονόμησης ενέργειας EtherGREEN της Microchip, η οποία επιτρέπει στην συσκευή να επιτύχει τυπική κατανάλωση μόλις 15 μικροαμπέρ (μ A) σε κατάσταση ύπνου εξαιρετικά χαμηλής ισχύος.Η συσκευή αυτή υποστηρίζει τον μηχανισμό απομακρυσμένου ύπνου και αφύπνισης του προτύπου Τεχνικής Επιτροπής 10 (TC10) της OPEN AllianceΗ έξοδος INH της επιτρέπει στην συσκευή να ενεργοποιεί ή να απενεργοποιεί την ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου (ECU).Το LAN8872 είναι εξοπλισμένο με την τεχνολογία διαχείρισης ενέργειας FlexPWR της Microchip, η οποία εξοικονομεί περαιτέρω ενέργεια μέσω μεταβλητής τάσης I/O και τάσης τροφοδοσίας πυρήνα.
Η υψηλή ολοκλήρωση του LAN8872 απλοποιεί περαιτέρω τον σχεδιασμό.Ο συνδυασμός των ενσωματωμένων αντίστοιχων τερματικών στο τσιπ και των ενσωματωμένων δυνατοτήτων φιλτραρίσματος μετάδοσης καθιστά την λύση συμπαγής σε μέγεθος και χαμηλή σε ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές (EMI)Για την ολοκλήρωση σε επίπεδο συστήματος, το LAN8872 διαθέτει έξοδο ρολογίου αναφοράς και τυποποιημένη αλληλεπίδραση ανεξάρτητης από τα μέσα συρροής gigabit (SGMII),απλούστευση της διεπαφής με ελεγκτές πρόσβασης μέσων Ethernet (MAC) ή συσκευές με λειτουργία MAC, συμπεριλαμβανομένου του συστήματος σε τσιπ (SoC), του μικροελεγκτή (MCU) και του πεδίου προγραμματισμού πύλης πύλης (FPGA) (Σχήμα 2).
Σχεδιακό διάγραμμα του μικροτσίπ ATA8520D Sigfox
Σχήμα 2: Οι προγραμματιστές χρειάζονται μόνο μερικά πρόσθετα εξαρτήματα για να ενσωματώσουν τον πομπό LAN8872 PHY στη λύση δικτύου SPE τους. (Πηγή εικόνας: Microchip Technology)
Το LAN8872 συμμορφώνεται με το IEEE 802.Πρότυπο 3bp-2016 και έχει σχεδιαστεί για να παρέχει επιδόσεις gigabit μέσω ενός μόνο ζευγαριού καλωδίων, υποστηρίζοντας παράλληλα την αντιμετώπιση προβλημάτων σε κρίσιμα βιομηχανικά και αυτοκινητιστικά δίκτυαΗ συσκευή αυτή είναι χρήσιμη για τη διάγνωση δικτύου και τα χαρακτηριστικά της περιλαμβάνουν ανίχνευση ελαττωμάτων καλωδίων μικρού κύκλου ή ανοικτού κύκλου, δείκτη ποιότητας σήματος δέκτη (SQI), προστασία από υπερθέρμανση,προστασία από χαμηλή τάση, υποστήριξη διακοπής πλήρους κατάστασης, και διάφορες λειτουργίες επαναλειτουργίας και δοκιμής.