La communication Ethernet haute vitesse en temps réel est de plus en plus importante pour les applications sensibles au temps dans les systèmes d'automatisation industrielle et automobile.L'Ethernet multipar traditionnel est souvent en deçà des exigences de ces applications en raison de ses performances incertaines, des câbles volumineux et une consommation d'énergie élevée.
Une solution plus efficace repose sur la norme Single Pair Ethernet (SPE), qui peut fournir une couche physique simplifiée (PHY),mais peut poser des problèmes de performance en termes de longue distance de transmission par câble et de préparation fonctionnelle à la sécurité, ainsi que les défis de mise en œuvre liés à l'obtention de ressources de conception efficaces.Les ingénieurs ont besoin d'une solution complète qui puisse répondre aux exigences strictes de performance des réseaux SPE en temps réel tout en accélérant la vitesse de mise en œuvre.
Cet article décrit les exigences en matière de réseautage et les problèmes connexes auxquels sont confrontés les concepteurs d'applications critiques et sensibles au temps, en particulier dans les domaines industriel et automobile.La solution SPE de Microchip Technology a été introduite, y compris les émetteurs-récepteurs Ethernet PHY, les tableaux d'évaluation et les ressources de conception connexes,qui peuvent aider les concepteurs à relever les nouveaux défis rencontrés dans la mise en œuvre de systèmes de réseau SPE conformes aux normes.
Comment les principales exigences d'application stimulent le besoin d'Ethernet en temps réel
L'Ethernet en temps réel joue un rôle de plus en plus important dans de nombreuses applications industrielles et automobiles critiques.une coordination de haute précision entre les capteursPour les systèmes de télécommunication, les contrôles et les actionneurs nécessitent des protocoles tels que le protocole de temps de précision IEEE 1588 (PTP) pour prendre en charge les réseaux de communication déterministes.y compris les systèmes avancés d'assistance au conducteur (ADAS)Pour les sous-systèmes de télécommunications, d'informatique et de divertissement et de traitement à distance de l'information, un échange fiable de données en temps réel exige la capacité de résister à des conditions extrêmes dans l'environnement du véhicule.
Que ce soit dans l'atelier d'usine ou dans la voiture, les réseaux sensibles au temps doivent assurer une latence faible et limitée, une tolérance élevée aux erreurs et un minimum de jitter.La capacité de maintenir la synchronisation entre les appareils est cruciale, en particulier dans les environnements où le temps de réponse en millisecondes est essentiel pour le fonctionnement et la sécurité du système.les solutions réseau doivent être adaptées à l'espace limité des sous-systèmes réseau dans les unités de fabrication ou le châssis du véhicule;.
Comment répondre aux exigences des applications sensibles au temps et limitées en espace pour les réseaux
Selon les normes IEEE 802.3bw (100BASE-T1) et IEEE 802.3bp (1000BASE-T1),Le SPE est adapté à la Gigabit Ethernet (GbE) dans les applications industrielles et automobiles et est devenu une alternative de couche physique simplifiée à l'Ethernet traditionnel. SPE prend en charge des exigences strictes pour les applications sensibles au temps tout en réduisant la complexité des câbles et les coûts du système.Les concepteurs de réseaux basés sur SPE sont toujours confrontés à des défis pour intégrer les dispositifs appropriés et assurer leur sécurité fonctionnelle.
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 intègre un sous-système PHY complet, comprenant une sous-couche de codage physique (PCS), une machine à état fini (FSM), un front-end analogique (AFE), un régulateur de faible dérapage (LDO), une surveillance de la tension,Termination sur puce, et le filtrage intégré.
Diagramme schématique de l'émetteur-récepteur PHY 1000BASE-T1 intégré à la micro-puce LAN8872 (cliquez pour agrandir)
Figure 1: LAN8872 fournit un émetteur-récepteur PHY 1000BASE-T1 intégré, comprenant PCS, régulateur LDO, surveillance de la tension AFE、FSM、 Fonctions complètes telles que les terminaux sur puce et le filtrage intégré.(Source de l'image)- La technologie des puces.
LAN8872 est doté d'un support intégré pour les normes de protocole de synchronisation d'horloge de précision IEEE 1588-2019 et IEEE 802.1AS-2020,et est entièrement compatible avec le bridging audio et vidéo Ethernet en temps réel (AVB) et IEEE 802.1 normes de réseau sensible au temps (TSN). La fonction de synchronisation déterministe de LAN8872 peut aider les développeurs à maintenir une synchronisation étroite entre plusieurs systèmes,et sa fonction de gestion de l'énergie peut répondre à la demande des gens pour des connexions robustes à faible consommation même dans des environnements difficiles.
Simplifier la conception des réseaux SPE à faible consommation
LAN8872 adopte la technologie d'économie d'énergie EtherGREEN de Microchip, qui permet à l'appareil d'atteindre une consommation typique de seulement 15 microampères (μ A) en mode veille ultra-faible.Ce dispositif prend en charge le mécanisme de veille et de veille à distance de la norme du Comité technique 10 (TC10) de l'OPEN AllianceSa sortie INH permet à l'appareil d'activer ou de désactiver l'alimentation de l'unité de commande électronique (ECU).LAN8872 est équipé de la technologie de gestion de l'alimentation FlexPWR de Microchip, ce qui permet d'économiser davantage d'énergie grâce à une tension d'entrée/sortie variable et à une tension d'alimentation du noyau.
L'intégration élevée de LAN8872 simplifie encore la conception.la combinaison de résistances terminales sur puce et de capacités de filtrage de transmission intégrées rend la solution compacte en taille et faible en interférences électromagnétiques (EMI)Pour l'intégration au niveau du système, LAN8872 dispose d'une sortie d'horloge de référence et d'une interface indépendante des médias en gigabit série standard (SGMII),simplification de l'interface avec les contrôleurs d'accès aux supports Ethernet (MAC) ou les appareils dotés de la fonctionnalité MAC, y compris le système sur puce (SoC), le microcontrôleur (MCU) et le réseau de passerelles programmables sur le terrain (FPGA) (figure 2).
Diagramme schématique de l'émetteur-récepteur Sigfox ATA8520D
Figure 2: Les développeurs n'ont besoin que de quelques composants supplémentaires pour intégrer l'émetteur-récepteur LAN8872 PHY dans leur solution réseau SPE.
LAN8872 est conforme à la norme IEEE 802.3bp-2016 standard et est conçu pour fournir des performances gigabit via une seule paire de fils tout en supportant le dépannage dans les réseaux industriels et automobiles critiquesCe dispositif est utile pour le diagnostic du réseau et ses caractéristiques comprennent la détection de défauts de câbles en court-circuit ou en circuit ouvert, l'indicateur de qualité du signal du récepteur (SQI), la protection contre la surchauffe,protection contre les sous-tensions, support d'interruption à l'état complet, et différents modes de boucle et de test.
Accélérer la conception de solutions SPE basées sur LAN8872
Afin d'accélérer la conception et le développement, Microchip fournit des tableaux d'évaluation pour répondre aux exigences des différents développeurs.,La carte d'évaluation EVB-LAN8870-MC EV75E52A de Microchip (Figure 3) fournit un convertisseur multimédia complet qui peut relier 1000BASE-T1 et l'Ethernet Gigabit standard.Les développeurs ont seulement besoin de connecter un câble Ethernet CAT5 du port GbE à l'interface RJ-45 de la carte de circuit imprimé, puis connectez un câble à paire tordue du réseau SPE à l'interface Ethernet automobile T1 de la carte de circuit imprimé.