ارتباطات ایترنت با سرعت بالا در زمان واقعی برای برنامه های حساس به زمان در اتوماسیون صنعتی و سیستم های خودرو به طور فزاینده ای اهمیت دارد.اترنت چند جفت سنتی اغلب در پاسخگویی به الزامات چنین برنامه هایی به دلیل عملکرد نامشخص خود ناکام می ماند، کابل های بزرگ و مصرف برق بالا.
یک راه حل موثر تر به استاندارد Single Pair Ethernet (SPE) متکی است که می تواند یک لایه فیزیکی ساده (PHY) را فراهم کند.اما ممکن است چالش های عملکردی را از نظر فاصله انتقال کابل طولانی و آمادگی ایمنی عملکردی ایجاد کند، و همچنین چالش های پیاده سازی مربوط به به دست آوردن منابع طراحی موثر.مهندسان به یک راه حل جامع نیاز دارند که بتواند با سرعت اجرای سریع، الزامات سختگیرانه عملکرد شبکه های SPE را برآورده کند.
این مقاله الزامات شبکه سازی و مسائل مرتبط با آن را که طراحان برنامه های کاربردی حیاتی و حساس به زمان، به ویژه در زمینه های صنعتی و خودرو، با آن مواجه هستند، نشان می دهد.راه حل SPE Microchip Technology معرفی شد، از جمله فرستنده های Ethernet PHY، تخته های ارزیابی و منابع طراحی مرتبط،که می تواند به طراحان کمک کند تا با چالش های جدیدی که در اجرای سیستم های شبکه SPE سازگار با استاندارد مواجه می شوند، مقابله کنند..
چگونه الزامات کاربردی کلیدی نیاز به اترنت در زمان واقعی را ایجاد می کنند
اینترنت زمان واقعی در بسیاری از کاربردهای حیاتی صنعتی و خودرو نقش مهمی دارد.هماهنگی دقیق بین سنسورها، کنترل کننده ها و محرک ها نیاز به پروتکل هایی مانند پروتکل زمان دقیق IEEE 1588 (PTP) برای پشتیبانی از شبکه های ارتباطی تعیین کننده دارند.از جمله سیستم های پیشرفته کمک به راننده (ADAS)، سیستم های فرعی اطلاعات و سرگرمی و پردازش اطلاعات از راه دور، تبادل داده های قابل اعتماد در زمان واقعی نیاز به توانایی مقاومت در برابر شرایط شدید در محیط خودرو دارد.
چه در کارگاه کارخانه باشد یا در ماشین، شبکه های حساس به زمان باید تاخیر کم و محدود، تحمل خطای بالا و حداقل اضطراب را تضمین کنند.توانایی حفظ همگام سازی بین دستگاه ها بسیار مهم است، به خصوص در محیط هایی که زمان پاسخ میلی ثانیه برای عملکرد سیستم و امنیت بسیار مهم است.راه حل های شبکه باید با فضای محدود زیر سیستم های شبکه در واحدهای تولیدی یا شاسی خودرو سازگار شوند..
چگونگی پاسخگویی به الزامات برنامه های کاربردی حساس به زمان و محدود به فضا برای شبکه ها
بر اساس استانداردهای IEEE 802.3bw (100BASE-T1) و IEEE 802.3bp (1000BASE-T1) ،SPE مناسب برای گیگابیت اترنت (GbE) در کاربردهای صنعتی و خودرو است و به یک جایگزین لایه فیزیکی ساده برای اترنت سنتی تبدیل شده استSPE از الزامات سختگیرانه ای برای برنامه های حساس به زمان پشتیبانی می کند در حالی که پیچیدگی کابل و هزینه های سیستم را کاهش می دهد.طراحان شبکه های مبتنی بر SPE هنوز با چالش های مربوط به یکپارچه سازی دستگاه های مناسب و اطمینان از آمادگی امنیتی عملکردی آنها روبرو هستند.
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 یک زیرسیستم PHY کامل را از جمله زیرسطح کدگذاری فیزیکی (PCS) ، ماشین حالت محدود (FSM) ، فرنت اِند آنالوگ (AFE) ، تنظیم کننده کم سقوط (LDO) ، نظارت بر ولتاژ،پایان دادن در تراشه، و فیلتر کردن یکپارچه.
نمودار طرحی از ریسیور 1000BASE-T1 PHY یکپارچه میکروچیپ LAN8872 (برای بزرگ تر کردن کلیک کنید)
شکل 1: LAN8872 یک گیرنده 1000BASE-T1 PHY یکپارچه را ارائه می دهد ، از جمله PCS ، تنظیم کننده LDO ، نظارت بر ولتاژ AFE、FSM、 عملکردهای کامل مانند ترمینال های روی تراشه و فیلتر سازی یکپارچه.(منبع تصویر): تکنولوژی میکروچیپ)
LAN8872 دارای پشتیبانی داخلی از استانداردهای پروتکل هماهنگی ساعت دقیق IEEE 1588-2019 و IEEE 802.1AS-2020 است.و به طور کامل با اتصال صدا و ویدیو ایترنت در زمان واقعی (AVB) و IEEE 802 سازگار است.1 استانداردهای شبکه حساس به زمان (TSN). عملکرد زمان تعیین کننده LAN8872 می تواند به توسعه دهندگان کمک کند تا همگام سازی دقیق بین سیستم های متعدد را حفظ کنند.و عملکرد مدیریت انرژی آن می تواند تقاضای مردم را برای اتصالات قوی کم مصرف حتی در محیط های خشن برآورده کند.
ساده سازی طراحی شبکه SPE کم مصرف
LAN8872 از فناوری صرفه جویی در انرژی EtherGREEN Microchip استفاده می کند که به دستگاه این امکان را می دهد تا در حالت خواب بسیار کم مصرف تنها 15 میکرو آمپر (μ A) را به دست آورد.این دستگاه از مکانیسم خواب و بیداری از راه دور استاندارد کمیته فنی 10 (TC10) OPEN Alliance پشتیبانی می کند.، و می تواند درخواست های خواب را تشخیص دهد و به بیداری پالس WAKE-IN پاسخ دهد. خروجی INH آن به دستگاه اجازه می دهد تا منبع تغذیه واحد کنترل الکترونیکی (ECU) را فعال یا غیرفعال کند.LAN8872 مجهز به تکنولوژی مدیریت انرژی FlexPWR مایکروچیپ است، که انرژی را از طریق ولتاژ I / O متغیر و ولتاژ منبع برق هسته ای صرفه جویی می کند.
ادغام بالا LAN8872 طراحی را ساده تر می کند. علاوه بر عملکردهای ادغام گسترده آن،ترکیب مقاومت های پایانی روی تراشه و قابلیت های فیلتر سازی انتقال یکپارچه باعث می شود که راه حل از نظر اندازه فشرده و تداخل الکترومغناطیسی (EMI) پایین باشدبرای ادغام سطح سیستم، LAN8872 دارای خروجی ساعت مرجع و یک رابط مستقل رسانه گگابیت سریال استاندارد (SGMII) است.ساده سازی رابط با کنترل کننده های دسترسی رسانه ای اترنت (MAC) یا دستگاه هایی با قابلیت MAC، از جمله سیستم روی تراشه (SoC) ، میکروکنترلر (MCU) و آرایه دروازه قابل برنامه ریزی (FPGA) (شکل 2).
نمودار طرحی ریسیور سیگفوکس با میکروچیپ ATA8520D
شکل 2: توسعه دهندگان فقط به چند قطعه اضافی برای ادغام گیرنده LAN8872 PHY در راه حل شبکه SPE خود نیاز دارند.
LAN8872 مطابق با IEEE 802 است.استاندارد 3bp-2016 و برای ارائه عملکرد گیگابیت از طریق یک جفت سیم طراحی شده است در حالی که از عیب یابی در شبکه های حیاتی صنعتی و خودرو پشتیبانی می کنداین دستگاه برای تشخیص شبکه مفید است و ویژگی های آن شامل تشخیص عیب کابل مدار کوتاه یا مدار باز، شاخص کیفیت سیگنال گیرنده (SQI) ، حفاظت از گرم شدن بیش از حد،حفاظت از ولتاژ پایین، پشتیبانی از قطع حالت کامل و حالت های مختلف حلقه و آزمایش.
سرعت بخشیدن به طراحی راه حل های SPE بر اساس LAN8872
برای تسریع در طراحی و توسعه، مایکروچیپ هیئت های ارزیابی را برای پاسخگویی به الزامات توسعه دهندگان مختلف فراهم می کند.,هیئت ارزیابی EVB-LAN8870-MC EV75E52A مایکروچیپ (شکل 3) یک کنورتر رسانه ای کامل را فراهم می کند که می تواند 1000BASE-T1 و استاندارد گیگابیت اترن را ببندد.توسعه دهندگان فقط نیاز به اتصال یک کابل اترنت CAT5 از پورت GbE به رابط RJ-45 صفحه مدار، و سپس یک کابل جفت پیچ شده را از شبکه SPE به رابط Ethernet اتومبیل T1 صفحه مدار متصل کنید.