تتزايد أهمية الاتصالات الايثنر في الوقت الحقيقي عالية السرعة للتطبيقات الحساسة للوقت في الأتمتة الصناعية وأنظمة السيارات.غالبًا ما يكون الايثنر متعدد الأزواج التقليدي غير قادر على تلبية متطلبات هذه التطبيقات بسبب أدائه غير المؤكد، وسلاسل الكابلات الضخمة، وارتفاع استهلاك الطاقة.
يعتمد حل أكثر فعالية على معيار Single Pair Ethernet (SPE) ، والذي يمكن أن يوفر طبقة مادية مبسطة (PHY) ،ولكن قد تشكل تحديات أداء من حيث مسافة نقل الكابلات الطويلة والاستعداد للسلامة الوظيفية، وكذلك تحديات التنفيذ المتعلقة بالحصول على موارد التصميم الفعالة.يحتاج المهندسون إلى حل شامل يمكنه تلبية متطلبات الأداء الصارمة لشبكات SPE في الوقت الحقيقي مع تسريع سرعة التنفيذ.
هذه المقالة تحدد متطلبات الشبكات والقضايا ذات الصلة التي يواجهها مصممو التطبيقات الحرجة والحساسة للوقت ، وخاصة في مجالات الصناعة والسيارات.تم تقديم حل SPE من Microchip Technology، بما في ذلك أجهزة إرسال PHY الإيثيرنت، لوحات التقييم، ومصادر التصميم ذات الصلة،والتي يمكن أن تساعد المصممين على مواجهة التحديات الجديدة التي تواجه في تنفيذ أنظمة شبكة SPE المتوافقة مع المعايير.
كيف تدفع متطلبات التطبيقات الرئيسية الحاجة إلى إثنتر في الوقت الحقيقي
يلعب إثنتر في الوقت الحقيقي دوراً متزايداً الأهمية في العديد من التطبيقات الصناعية والسيارات الحاسمة. في الإنترنت الصناعي للأشياء (IIoT) وأنظمة التحكم الصناعية،تنسيق دقيق بين أجهزة الاستشعار، وحدة التحكم، وجهاز التشغيل يتطلب بروتوكولات مثل بروتوكول الوقت الدقيق IEEE 1588 (PTP) لدعم شبكات الاتصالات الحتمية. في تطبيقات السيارات،بما في ذلك أنظمة مساعدة السائق المتقدمة (ADAS)، والأنظمة الفرعية لمعالجة المعلومات عن بعد، يتطلب تبادل البيانات الموثوق به في الوقت الحقيقي القدرة على تحمل الظروف القاسية في بيئة السيارة.
سواء في ورشة العمل في المصنع أو في السيارة، يجب أن تضمن الشبكات الحساسة للوقت تأخيرًا منخفضًا ومحددًا، وتحملًا كبيرًا للخطأ، والحد الأدنى من القلق.القدرة على الحفاظ على التزامن بين الأجهزة أمر حاسم، وخاصة في البيئات التي يكون فيها وقت الاستجابة ملي ثانية حاسما لتشغيل النظام والأمن.يجب أن تتكيف حلول الشبكة مع المساحة المحدودة لأنظمة الشبكة الفرعية في وحدات التصنيع أو هيكل المركبات.
كيفية تلبية متطلبات التطبيقات الحساسة للوقت والمساحة المحدودة للشبكات
وفقًا لمعايير IEEE 802.3bw (100BASE-T1) و IEEE 802.3bp (1000BASE-T1) ،SPE مناسبة لـ Gigabit Ethernet (GbE) في التطبيقات الصناعية والسيارات وأصبحت بديلًا بسيطًا للطبقة المادية لـ Ethernet التقليديةتدعم SPE متطلبات صارمة للتطبيقات الحساسة للوقت مع تقليل تعقيد الكابلات وتكاليف النظام. ومع ذلك، على الرغم من هذه المزايا،لا يزال مصممو الشبكات القائمة على SPE يواجهون تحديات في دمج الأجهزة المناسبة وضمان استعدادها الأمني الوظيفي.
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. يدمج LAN8872 نظام فرعي PHY كامل ، بما في ذلك الطبقة الفرعية لترميز المواد المادية (PCS) ، آلة الحالة المحدودة (FSM) ، الأمامية التناظرية (AFE) ، المنظم المنخفض (LDO) ، مراقبة الجهد ،إنهاء على شريحة، والترشيح المتكامل.
مخطط مخطط لـ Microchip LAN8872 متكاملة 1000BASE-T1 PHY (انقر لتوسيع)
الشكل 1: يوفر LAN8872 جهاز استقبال 1000BASE-T1 PHY متكامل ، بما في ذلك PCS و LDO regulator ، ومراقبة الجهد AFE、FSM、 وظائف كاملة مثل المحطات على الشريحة والفلتر المتكامل.(مصدر الصورة(تكنولوجيا الرقائق)
يحتوي LAN8872 على دعم مدمج لمعايير بروتوكول مزامنة الساعة الدقيقة IEEE 1588-2019 و IEEE 802.1AS-2020 ،ومتوافق تماماً مع شبكة إيثيرنث في الوقت الحقيقي للصوت والفيديو (AVB) و IEEE 802.1 معايير الشبكة الحساسة للوقت (TSN). وظيفة التوقيت الحتمية لـ LAN8872 يمكن أن تساعد المطورين على الحفاظ على مزامنة دقيقة بين أنظمة متعددة ،و وظيفتها لإدارة الطاقة يمكن أن تلبي طلب الناس على اتصالات قوية منخفضة الطاقة حتى في البيئات القاسية.
تبسيط تصميم شبكة SPE منخفضة الطاقة
تستخدم LAN8872 تقنية توفير الطاقة EtherGREEN من Microchip ، والتي تمكن الجهاز من تحقيق استهلاك نموذجي قدره 15 ميكرو أمبير (μ A) فقط في وضع النوم منخفض الطاقة.هذا الجهاز يدعم آلية النوم والإيقاظ عن بعد من المعيار 10 (TC10) للجنة التقنية للاتحاد المفتوح، ويمكنه التعرف على طلبات النوم والاستجابة لإيقاظ النبض WAKE-IN. يسمح مخرج INH للجهاز بتشغيل أو تعطيل إمدادات الطاقة لوحدة التحكم الإلكترونية (ECU).تم تجهيز LAN8872 بتكنولوجيا إدارة الطاقة FlexPWR من Microchip، والذي يوفر المزيد من الطاقة من خلال إدخال / إخراج متغير وجهد إمدادات الطاقة الأساسية.
التكامل العالي لـ LAN8872 يسهل التصميم بشكل أكبر. بالإضافة إلى وظائف التكامل الواسعة،مزيج من المقاومات النهائية الموجودة على الشريحة وقدرات تصفية الإرسال المتكاملة يجعل الحل ضيق الحجم ومنخفض التداخل الكهرومغناطيسي (EMI)للاندماج على مستوى النظام، LAN8872 لديه خروج ساعة مرجعية وواجهة مستقلة عن الوسائط جيجابيت المتسلسلة القياسية (SGMII) ،تبسيط الواجهة مع أجهزة تحكم الوصول إلى الوسائط Ethernet (MAC) أو الأجهزة ذات وظيفة MAC، بما في ذلك النظام على رقاقة (SoC) ، و microcontroller (MCU) ، ومجموعة بوابة قابلة للبرمجة الميدانية (FPGA) (الشكل 2).
مخطط مخطط لجهاز الإرسال والإستقبال Sigfox
الشكل 2: يحتاج المطورون فقط إلى عدد قليل من المكونات الإضافية لدمج جهاز LAN8872 PHY في حل شبكة SPE الخاص بهم.
LAN8872 متوافق مع IEEE 802.معيار 3bp-2016 ومصمم لتوفير أداء جيجابيت من خلال زوج واحد من الأسلاك مع دعم استكشاف الأخطاء في الشبكات الصناعية والسيارات الحرجةهذا الجهاز مفيد لتشخيص الشبكة، وتشمل خصائصه الكشف عن عيوب الكابلات الدائرة القصيرة أو الدائرة المفتوحة، مؤشر جودة إشارة المستقبل (SQI) ، حماية من الحرارة الزائدة،حماية من انخفاض الجهد، دعم انقطاع الحالة الكاملة، وأوضاع الاختبار المختلفة.