A comunicação Ethernet em tempo real de alta velocidade está a tornar-se cada vez mais importante para aplicações sensíveis ao tempo em sistemas de automação industrial e automóveis.A Ethernet multipar tradicional muitas vezes não atende aos requisitos dessas aplicações devido ao seu desempenho incerto, cabos volumosos e alto consumo de energia.
Uma solução mais eficaz baseia-se no padrão Single Pair Ethernet (SPE), que pode fornecer uma camada física simplificada (PHY),Mas podem representar desafios de desempenho em termos de longa distância de transmissão de cabo e preparação funcional para a segurança, bem como os desafios de implementação relacionados com a obtenção de recursos eficazes de conceção.Os engenheiros precisam de uma solução abrangente que possa satisfazer os rigorosos requisitos de desempenho das redes SPE em tempo real, acelerando a velocidade de implementação.
Este artigo descreve os requisitos de rede e questões conexas enfrentadas pelos designers de aplicações críticas e sensíveis ao tempo, particularmente nos campos industrial e automóvel.A solução SPE da Microchip Technology foi introduzida, incluindo transceptores Ethernet PHY, quadros de avaliação e recursos de concepção conexos,que podem ajudar os projetistas a enfrentar os novos desafios encontrados na implementação de sistemas de rede SPE conformes com as normas.
Como os principais requisitos de aplicação impulsionam a necessidade de Ethernet em tempo real
A Ethernet em tempo real desempenha um papel cada vez mais importante em muitas aplicações industriais e automotivas críticas.coordenação de alta precisão entre sensores, controladores e atuadores requer protocolos como o IEEE 1588 Precision Time Protocol (PTP) para suportar redes de comunicação deterministas.incluindo sistemas avançados de assistência ao condutor (ADAS)Os sistemas de informação e entretenimento e os subsistemas de processamento remoto de informação, que permitem um intercâmbio de dados confiável em tempo real, exigem a capacidade de resistir a condições extremas no ambiente do veículo.
Seja na oficina de fábrica ou no carro, as redes sensíveis ao tempo devem garantir baixa e limitada latência, alta tolerância a falhas e jitter mínimo.A capacidade de manter a sincronização entre dispositivos é crucial, especialmente em ambientes onde o tempo de resposta de milissegundos é crítico para o funcionamento e segurança do sistema.As soluções de rede devem adaptar-se ao espaço limitado dos subsistemas de rede nas unidades de fabrico ou no chassi do veículo..
Como satisfazer os requisitos de aplicações de redes sensíveis ao tempo e limitadas em espaço
De acordo com os padrões IEEE 802.3bw (100BASE-T1) e IEEE 802.3bp (1000BASE-T1),O SPE é adequado para Gigabit Ethernet (GbE) em aplicações industriais e automotivas e tornou-se uma alternativa de camada física simplificada à Ethernet tradicionalO SPE suporta requisitos rigorosos para aplicações sensíveis ao tempo, reduzindo a complexidade do cabo e os custos do sistema.Os projetistas de redes baseadas em SPE ainda enfrentam desafios na integração de dispositivos adequados e na garantia da sua disponibilidade funcional em matéria de segurança.
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 integra um subsistema PHY completo, incluindo subcamada de codificação física (PCS), máquina de estado finito (FSM), front-end analógico (AFE), regulador de baixa queda (LDO), monitoramento de tensão,terminação no chip, e filtragem integrada.
Diagrama esquemático do transceptor PHY 1000BASE-T1 integrado com microchip LAN8872 (clique para ampliar)
Figura 1: O LAN8872 fornece um transceptor PHY 1000BASE-T1 integrado, incluindo PCS, regulador LDO, monitoramento de tensão AFE、FSM、 Funções completas, como terminais no chip e filtragem integrada.(Fonte da imagem)Tecnologia de microchips)
LAN8872 tem suporte embutido para os padrões de protocolo de sincronização de relógio de precisão IEEE 1588-2019 e IEEE 802.1AS-2020,e é totalmente compatível com a ligação de áudio e vídeo Ethernet em tempo real (AVB) e com a IEEE 802.1 padrões de rede sensível ao tempo (TSN). A função de tempo determinista do LAN8872 pode ajudar os desenvolvedores a manter uma sincronização estreita entre vários sistemas,e sua função de gestão de energia pode atender à demanda das pessoas por conexões robustas de baixa potência mesmo em ambientes adversos.
Simplificar a concepção de redes SPE de baixa potência
O LAN8872 adota a tecnologia de economia de energia EtherGREEN da Microchip, que permite que o dispositivo alcance um consumo típico de apenas 15 microamperios (μ A) no modo de sono de ultra baixa potência.Este dispositivo suporta o mecanismo remoto de dormir e acordar da norma do Comité Técnico 10 (TC10) da OPEN AllianceA saída INH permite ao dispositivo ativar ou desativar a fonte de alimentação da unidade de controle eletrônico (ECU).LAN8872 está equipado com tecnologia de gestão de energia FlexPWR da Microchip, o que permite uma maior economia de energia através de I/O variável e de tensão de alimentação do núcleo.
A alta integração do LAN8872 simplifica ainda mais o projeto.A combinação de resistores terminais no chip e capacidades integradas de filtragem de transmissão torna a solução compacta em tamanho e baixa em interferências eletromagnéticas (EMI)Para integração a nível do sistema, o LAN8872 tem uma saída de relógio de referência e uma interface independente de mídia de gigabit serial padrão (SGMII),simplificação da interface com controladores de acesso a mídia Ethernet (MAC) ou dispositivos com funcionalidade MAC, incluindo sistema em chip (SoC), microcontrolador (MCU) e matriz de gate programável de campo (FPGA) (Figura 2).
Diagrama esquemático do microchip ATA8520D Sigfox
Figura 2: Os desenvolvedores só precisam de alguns componentes adicionais para integrar o transceptor LAN8872 PHY em sua solução de rede SPE. (Fonte da imagem: Microchip Technology)
LAN8872 está em conformidade com a norma IEEE 802.3bp-2016 padrão e é projetado para fornecer desempenho gigabit através de um único par de fios, apoiando a solução de problemas em redes industriais e automotivas críticasEste dispositivo é útil para o diagnóstico de rede e as suas características incluem detecção de defeitos de circuito curto ou circuito aberto de cabos, indicador de qualidade do sinal do receptor (SQI), protecção contra sobreaquecimento,Protecção contra baixa tensão, suporte de interrupção de estado completo e vários modos de loopback e teste.
Acelerar a concepção de soluções SPE baseadas no LAN8872
Para acelerar o design e desenvolvimento, a Microchip fornece quadros de avaliação para atender aos requisitos de diferentes desenvolvedores.,A placa de avaliação EVB-LAN8870-MC EV75E52A da Microchip (Figura 3) fornece um conversor de mídia completo que pode conectar 1000BASE-T1 e Ethernet Gigabit padrão.Os desenvolvedores só precisam conectar um cabo Ethernet CAT5 da porta GbE à interface RJ-45 da placa de circuito, e depois conectar um cabo de par torcido da rede SPE à interface Ethernet T1 automotiva da placa de circuito.