고속 실시간 이더넷 통신은 산업 자동화 및 자동차 시스템에서 시간 민감한 응용 프로그램에 점점 더 중요해지고 있습니다.전통적인 멀티 페어 이더넷은 불확실한 성능으로 인해 이러한 애플리케이션의 요구 사항을 충족시키지 못하는 경우가 많습니다., 부피가 큰 케이블 배열, 그리고 높은 전력 소비.
보다 효과적인 해결책은 단순화된 물리적 계층 (PHY) 을 제공할 수 있는 싱글 페어 이더넷 (SPE) 표준에 의존합니다.하지만 장거리 케이블 전송 거리와 기능적 안전 준비성 측면에서 성능 과제를 제기할 수 있습니다., 또한 효과적인 설계 자원을 확보하는 것과 관련된 실행 과제.엔지니어들은 구현 속도를 가속화하면서 실시간 SPE 네트워크의 엄격한 성능 요구 사항을 충족시킬 수있는 포괄적인 솔루션이 필요합니다..
이 문서에서는 특히 산업 및 자동차 분야에서 중요하고 시간 민감한 응용 프로그램의 설계자가 직면하는 네트워크 요구 사항과 관련 문제를 설명합니다.마이크로칩 테크놀로지의 SPE 솔루션이 도입되었습니다., 이더넷 PHY 트랜시버, 평가판 및 관련 설계 자원을 포함하여,설계자가 표준에 맞는 SPE 네트워크 시스템을 구현하는 데 직면한 새로운 과제를 해결하는 데 도움이 될 수 있습니다..
주요 애플리케이션 요구 사항이 실시간 이더넷의 필요성을 어떻게 유도하는지
실시간 이더넷은 많은 중요한 산업 및 자동차 애플리케이션에서 점점 더 중요한 역할을 수행하고 있습니다.센서 간의 높은 정밀 조정, 컨트롤러 및 액추에이터는 IEEE 1588 정밀 시간 프로토콜 (PTP) 과 같은 프로토콜을 요구하며 결정적 통신 네트워크를 지원합니다. 자동차 애플리케이션에서첨단 운전자 보조 시스템 (ADAS) 을 포함하여, 인포테인먼트 및 원격 정보 처리 서브 시스템, 신뢰할 수있는 실시간 데이터 교환은 차량 환경에서 극단적인 조건에 견딜 수있는 능력을 필요로합니다.
공장 작업장이나 자동차에서 시간 민감한 네트워크는 낮고 제한된 지연, 높은 오류 용인성, 최소한의 jitter를 보장해야합니다.크로스 디바이스 동기화를 유지하는 능력이 중요합니다.특히 밀리 초초 반응 시간이 시스템 운영과 보안에 매우 중요한 환경에서네트워크 솔루션은 제조 단위 또는 차량 차시의 네트워크 서브시스템의 제한된 공간에 적응해야 합니다..
네트워크에 대한 시간과 공간 제한 애플리케이션의 요구 사항을 충족하는 방법
IEEE 802.3bw (100BASE-T1) 및 IEEE 802.3bp (1000BASE-T1) 표준에 따르면SPE는 산업 및 자동차 애플리케이션에서 기가비트 이더넷 (GbE) 에 적합하며 전통적인 이더넷에 대한 단순화된 물리적 계층 대안이되었습니다.SPE는 케이블 복잡성과 시스템 비용을 줄이는 동시에 시간 민감한 애플리케이션에 대한 엄격한 요구 사항을 지원합니다.SPE 기반 네트워크 설계자는 여전히 적절한 장치를 통합하고 기능적 보안 준비성을 보장하는 데 어려움을 겪고 있습니다..
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 networksLAN8872는 물리적 코딩 하위층 (PCS), 유한 상태 기계 (FSM), 아날로그 프론트 엔드 (AFE), 낮은 탈락 조절기 (LDO), 전압 모니터링,칩에 있는 종료, 그리고 통합 필터링.
마이크로 칩 LAN8872 통합 1000BASE-T1 PHY 송신기 (대화하기 위해 클릭) 의 스케마
그림 1: LAN8872는 PCS, LDO 조절기, 전압 모니터링 AFE、FSM、 온칩 단말기 및 통합 필터링과 같은 완전한 기능을 포함하는 통합 1000BASE-T1 PHY 트랜시버를 제공합니다.(사진 출처): 마이크로칩 기술)
LAN8872는 IEEE 1588-2019 및 IEEE 802.1AS-2020 정밀 시계 동기화 프로토콜 표준을 내장 지원합니다.그리고 실시간 이더넷 오디오 및 비디오 브리딩 (AVB) 및 IEEE 802와 완전히 호환됩니다..1 시간 민감 네트워크 (TSN) 표준. LAN8872의 결정적 타이밍 기능은 개발자가 여러 시스템 간의 긴밀한 동기화를 유지하는 데 도움이 될 수 있습니다.그리고 에너지 관리 기능은 혹독한 환경에서도 강력한 저전력 연결에 대한 사람들의 요구를 충족시킬 수 있습니다..
저전력 SPE 네트워크 설계의 단순화
LAN8872는 마이크로칩의 EtherGREEN 에너지 절감 기술을 채택하여 초저전력 수면 모드에서 15 마이크로 앰퍼 (μ A) 의 전형적인 소비량을 달성 할 수 있습니다.이 장치는 OPEN 연합 기술 위원회 10 (TC10) 표준의 원격 잠식 및 깨어난 메커니즘을 지원합니다., 수면 요청을 인식하고 WAKE-IN 펄스 깨우침에 응답 할 수 있습니다. 그것의 INH 출력은 장치가 전자 제어 장치 (ECU) 전원 공급을 활성화 또는 비활성화 할 수 있습니다.LAN8872는 마이크로칩의 FlexPWR 전력 관리 기술을 갖추고 있습니다, 이는 변동 I/O 및 코어 전원 공급 전압으로 에너지를 더 절약합니다.
LAN8872의 높은 통합은 디자인을 더욱 단순화합니다.칩에 탑재된 터미널 저항과 통합된 전송 필터링 기능의 조합으로 솔루션은 크기가 작고 전자기 간섭 (EMI) 이 낮습니다.시스템 수준 통합을 위해, LAN8872는 참조 시계 출력 및 표준 일련 기가 비트 미디어 독립 인터페이스 (SGMII),이더넷 미디어 액세스 컨트롤러 (MAC) 또는 MAC 기능을 갖춘 장치와의 인터페이스 단순화, 시스템 온 칩 (SoC), 마이크로 컨트롤러 (MCU) 및 필드 프로그래밍 게이트 어레이 (FPGA) (그림 2).
마이크로칩 ATA8520D Sigfox 송신기 스케마
그림 2: 개발자는 LAN8872 PHY 트랜시버를 SPE 네트워크 솔루션에 통합하기 위해 몇 가지 추가 부품만 필요합니다. (사진 소스: 마이크로칩 기술)
LAN8872는 IEEE 802에 적합합니다.3bp-2016 표준이며, 중요한 산업 및 자동차 네트워크의 문제 해결을 지원하는 동시에 단일 쌍의 케이블을 통해 기가 비트 성능을 제공하기 위해 설계되었습니다.이 장치는 네트워크 진단에 유용하며 그 특징에는 단회로 또는 오픈 회로 케이블 결함 탐지, 수신기 신호 품질 지표 (SQI), 과열 보호,저전압 보호, 풀 스테이트 인터럽트 지원, 다양한 루프백 및 테스트 모드