การสื่อสารอีเทอร์เน็ตความเร็วสูงในเวลาจริง กําลังมีความสําคัญมากขึ้น สําหรับการใช้งานที่มีความรู้สึกต่อเวลาในระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรมและรถยนต์Ethernet หลายคู่แบบดั้งเดิมมักไม่สามารถตอบสนองความต้องการของแอปพลิเคชั่นดังกล่าวได้ เนื่องจากการทํางานที่ไม่แน่นอน, การใช้สายไฟฟ้าที่ใหญ่และการใช้พลังงานสูง
การแก้ไขที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นนั้นขึ้นอยู่กับมาตรฐาน Single Pair Ethernet (SPE) ซึ่งสามารถให้ชั้นฟิสิกส์ที่เรียบง่าย (PHY)แต่อาจทําให้เกิดความท้าทายในการทํางาน ในแง่ของระยะทางการส่งสายไฟฟ้าที่ยาวและความพร้อมในการรักษาความปลอดภัย, รวมถึงความท้าทายในการดําเนินงานที่เกี่ยวข้องกับการหาทรัพยากรการออกแบบที่มีประสิทธิภาพวิศวกรต้องการคําตอบที่ครบวงจรที่สามารถตอบสนองความต้องการการทํางานที่เข้มงวดของเครือข่าย SPE ในเวลาจริงในขณะที่เร่งความเร็วการดําเนินงาน.
บทความนี้อธิบายความต้องการในการเชื่อมต่อและปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการที่นักออกแบบของการใช้งานที่สําคัญและมีความรู้สึกต่อเวลา โดยเฉพาะในสาขาอุตสาหกรรมและรถยนต์การนําเสนอวิธีแก้ไข SPE ของ Microchip Technology, รวมถึงเครื่องรับสัญญาณ Ethernet PHY, บอร์ดการประเมิน และทรัพยากรการออกแบบที่เกี่ยวข้องซึ่งสามารถช่วยผู้ออกแบบแก้ปัญหาใหม่ที่พบกับการนําระบบเครือข่าย SPE ที่สอดคล้องกับมาตรฐาน.
วิธีการที่ความต้องการหลักของแอปพลิเคชั่นขับเคลื่อนความต้องการของ Ethernet ในเวลาจริง
อีเทอร์เน็ตในเวลาจริงมีบทบาทที่สําคัญยิ่งขึ้นในอุตสาหกรรมและอุตสาหกรรมรถยนต์ที่สําคัญการประสานงานความละเอียดสูงระหว่างเซ็นเซอร์, เครื่องควบคุมและเครื่องผลักดันต้องการโปรโตคอล เช่น IEEE 1588 Precision Time Protocol (PTP) เพื่อรองรับเครือข่ายการสื่อสารที่กําหนดรวมถึงระบบช่วยผู้ขับขี่ระดับสูง (ADAS), อินโฟเทนเทนเมนต์ และระบบย่อยการประมวลผลข้อมูลทางไกล การแลกเปลี่ยนข้อมูลในเวลาจริงที่น่าเชื่อถือต้องมีความสามารถที่จะทนต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรงในสภาพแวดล้อมของยาน
ไม่ว่าจะเป็นในโรงงานหรือในรถยนต์ เครือข่ายที่มีความรู้สึกต่อเวลา ต้องให้ความผ่อนคลายต่ําและจํากัด ความอดทนต่อความผิดพลาดสูง และความตื่นเต้นอย่างน้อยความสามารถในการบํารุงรักษาการทํางานร่วมกันระหว่างอุปกรณ์โดยเฉพาะในสภาพแวดล้อมที่เวลาตอบสนองเป็นมิลลิสกอนด์มีความสําคัญต่อการทํางานและความปลอดภัยของระบบการแก้ไขเครือข่ายต้องปรับตัวให้เหมาะกับพื้นที่จํากัดของระบบย่อยเครือข่ายในหน่วยการผลิตหรือชัสซีของยาน.
วิธีการตอบสนองความต้องการของแอพลิเคชั่นที่มีความรู้สึกต่อเวลาและมีพื้นที่จํากัดสําหรับเครือข่าย
ตามมาตรฐาน IEEE 802.3bw (100BASE-T1) และ IEEE 802.3bp (1000BASE-T1)SPE เหมาะสําหรับ Gigabit Ethernet (GbE) ในอุตสาหกรรมและอุตสาหกรรมรถยนต์ และกลายเป็นแลกเปลี่ยนชั้นฟิสิกัลที่เรียบง่ายต่อ Ethernet แบบดั้งเดิมSPE รองรับความต้องการที่เข้มงวดสําหรับการใช้งานที่มีความรู้สึกต่อเวลาในขณะที่ลดความซับซ้อนของเคเบิลและค่าใช้จ่ายของระบบผู้ออกแบบเครือข่ายที่ใช้ SPE ยังต้องเผชิญกับปัญหาในการบูรณาการอุปกรณ์ที่เหมาะสม และการรับประกันความพร้อมด้านความปลอดภัย.
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 รวมระบบย่อย PHY ครบถ้วน รวมถึงชั้นย่อยการโค้ดทางกายภาพ (PCS) เครื่องระดับปลาย (FSM) แอนาล็อกหน้า (AFE) ระบบกํากับการตกต่ํา (LDO) การติดตามความดันการปิดในชิปและการกรองที่บูรณาการ
แผนภาพแผนภูมิของเครื่องรับสัญญาณ 1000BASE-T1 PHY ที่รวม Microchip LAN8872 (คลิกเพื่อขยาย)
รูปที่ 1: LAN8872 ให้เครื่องรับส่ง PHY 1000BASE-T1 ที่บูรณาการ รวมถึง PCS, LDO regulator, การติดตามความดัน AFE、FSM、 ฟังก์ชันที่สมบูรณ์แบบ เช่น เทอร์มินัลบนชิปและการกรองที่บูรณาการ(แหล่งภาพ): เทคโนโลยีไมโครชิป)
LAN8872 มีการสนับสนุนที่สร้างขึ้นสําหรับ IEEE 1588-2019 และ IEEE 802.1AS-2020 มาตรฐานโปรโตคอล์คความแม่นยําและเข้ากันได้อย่างสมบูรณ์แบบกับ Real-time Ethernet audio and video bridging (AVB) และ IEEE 802.1 มาตรฐานเครือข่ายที่มีความรู้สึกต่อเวลา (TSN) ฟังก์ชันการกําหนดเวลาของ LAN8872 สามารถช่วยให้ผู้พัฒนารักษาการร่วมกันที่แน่นระหว่างระบบหลายระบบและฟังก์ชันการจัดการพลังงานของมันสามารถตอบสนองความต้องการของผู้คน สําหรับการเชื่อมต่อพลังงานต่ําที่แข็งแกร่ง แม้ในสภาพแวดล้อมที่ยากลําบาก.
การปรับปรุงการออกแบบเครือข่าย SPE พลังงานต่ํา
LAN8872 ใช้เทคโนโลยีประหยัดพลังงาน EtherGREEN ของ Microchip ทําให้อุปกรณ์สามารถใช้พลังงานได้เพียง 15 ไมโครแอมเปอร์ (μ A) ในโหมดนอนพลังงานต่ําสุดอุปกรณ์นี้สนับสนุนกลไกการหลับและตื่นที่อยู่ห่างไกลของมาตรฐาน OPEN Alliance Technical Committee 10 (TC10), และสามารถรับรู้คําขอการนอนหลับและตอบสนองกับการตื่นตัวแบบกระแทก WAKE-IN. การออกของ INH ของมันทําให้อุปกรณ์เปิดหรือปิดเครื่องพลังงานของหน่วยควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ (ECU)LAN8872 มีเทคโนโลยีบริหารพลังงาน FlexPWR ของ Microchip, ซึ่งยังประหยัดพลังงานผ่าน I / O และความแรงกดไฟฟ้าแกนที่เปลี่ยนแปลง
การบูรณาการสูงของ LAN8872 ทําให้การออกแบบง่ายขึ้น นอกจากฟังก์ชันบูรณาการที่กว้างขวางการผสมผสานกันของตัวต่อรองปลายบนชิป และความสามารถในการกรองการส่งที่บูรณาการทําให้วิธีแก้ไขมีขนาดเล็กและมีอาการแทรกแซงทางแม่เหล็กไฟฟ้าต่ํา (EMI)สําหรับการบูรณาการระดับระบบ LAN8872 มีผลิตเวลาอ้างอิงและอินเตอร์เฟซอิสระจากสื่อ gigabit แบบมาตรฐาน (SGMII)การปรับปรุงความสะดวกในการใช้งานเครื่องควบคุมการเข้าถึงสื่อ Ethernet (MAC)รวมถึงระบบบนชิป (SoC) ไมโครคอนโทรลเลอร์ (MCU) และการวางโปรแกรมเกตเกต (FPGA) (รูป 2)
แผนภาพแผนภูมิของเครื่องรับสัญญาณ Sigfox ไมโครชิป ATA8520D
รูปที่ 2: ผู้พัฒนาเพียงต้องการองค์ประกอบเพิ่มเติมบางส่วนเพื่อบูรณาการ LAN8872 PHY transceiver ใน SPE ของพวกเขา การแก้ไขเครือข่าย
LAN8872 ตรงกับ IEEE 802มาตรฐาน 3bp-2016 และถูกออกแบบมาเพื่อให้การทํางาน gigabit ผ่านสายคู่เดียวในขณะที่สนับสนุนการแก้ไขปัญหาในเครือข่ายอุตสาหกรรมและรถยนต์ที่สําคัญอุปกรณ์นี้มีประโยชน์ในการวินิจฉัยเครือข่าย และคุณสมบัติของมันรวมถึงการตรวจสอบอาการบกพร่องสายเคเบิลวงจรสั้นหรือวงจรเปิดการป้องกันความดันต่ํา, การสนับสนุนการหยุดสภาพเต็ม และรูปแบบการทดสอบหลับลับและแบบทดสอบต่างๆ
เร่งการออกแบบของ SPE Solutions ที่ใช้ LAN8872
เพื่อเร่งการออกแบบและการพัฒนา, Microchip ให้บริการคณะกรรมการประเมินเพื่อตอบสนองความต้องการของผู้พัฒนาที่แตกต่างกัน. สําหรับความสะดวกสบายของการทดสอบและการรับรองการออกแบบระดับระบบ,บอร์ดการประเมิน EVB-LAN8870-MC EV75E52A ของไมโครชิป (รูป 3) ให้เครื่องแปลงสื่อที่สมบูรณ์แบบสามารถเชื่อมต่อ 1000BASE-T1 และ Ethernet Gigabit มาตรฐานได้ผู้พัฒนาเพียงต้องการเชื่อมต่อสาย Ethernet CAT5 จากพอร์ต GbE ไปยังอินเตอร์เฟซ RJ-45 ของบอร์ดวงจร, และต่อมาเชื่อมเคเบิลคู่บิดจากเครือข่าย SPE ไปยังอินเตอร์เฟซ Ethernet T1 ของแผ่นวงจร