महत्वपूर्ण समय संवेदनशील अनुप्रयोगों के लिए एकल जोड़ी ईथरनेट नेटवर्क के कार्यान्वयन को सरल बनाएं

औद्योगिक स्वचालन और ऑटोमोटिव सिस्टम में समय-संवेदनशील अनुप्रयोगों के लिए उच्च गति वास्तविक समय ईथरनेट संचार तेजी से महत्वपूर्ण होता जा रहा है। पारंपरिक मल्टी पेयर ईथरनेट अक्सर अपने अनिश्चित प्रदर्शन, भारी केबल हार्नेस और उच्च बिजली खपत के कारण ऐसे अनुप्रयोगों की आवश्यकताओं को पूरा करने में विफल रहता है।

एक अधिक प्रभावी समाधान सिंगल पेयर ईथरनेट (एसपीई) मानक पर निर्भर करता है, जो एक सरलीकृत भौतिक परत (पीएचवाई) प्रदान कर सकता है, लेकिन लंबी केबल ट्रांसमिशन दूरी और कार्यात्मक सुरक्षा तत्परता के साथ-साथ प्रभावी डिजाइन संसाधनों को प्राप्त करने से संबंधित कार्यान्वयन चुनौतियों के मामले में प्रदर्शन चुनौतियां पैदा कर सकता है। इंजीनियरों को एक व्यापक समाधान की आवश्यकता है जो कार्यान्वयन की गति को तेज करते हुए वास्तविक समय एसपीई नेटवर्क की सख्त प्रदर्शन आवश्यकताओं को पूरा कर सके।

यह आलेख विशेष रूप से औद्योगिक और ऑटोमोटिव क्षेत्रों में महत्वपूर्ण, समय संवेदनशील अनुप्रयोगों के डिजाइनरों द्वारा सामना की जाने वाली नेटवर्किंग आवश्यकताओं और संबंधित मुद्दों की रूपरेखा देता है। फिर, माइक्रोचिप टेक्नोलॉजी का एसपीई समाधान पेश किया गया, जिसमें ईथरनेट पीएचवाई ट्रांससीवर्स, मूल्यांकन बोर्ड और संबंधित डिजाइन संसाधन शामिल हैं, जो डिजाइनरों को मानक अनुपालन एसपीई नेटवर्क सिस्टम को लागू करने में आने वाली नई चुनौतियों का समाधान करने में मदद कर सकते हैं।

कैसे प्रमुख एप्लिकेशन आवश्यकताएँ रीयल-टाइम ईथरनेट की आवश्यकता को प्रेरित करती हैं
रियल टाइम ईथरनेट कई महत्वपूर्ण औद्योगिक और ऑटोमोटिव अनुप्रयोगों में तेजी से महत्वपूर्ण भूमिका निभा रहा है। औद्योगिक इंटरनेट ऑफ थिंग्स (IIoT) और औद्योगिक नियंत्रण प्रणालियों में, सेंसर, नियंत्रकों और एक्चुएटर्स के बीच उच्च-परिशुद्धता समन्वय के लिए नियतात्मक संचार नेटवर्क का समर्थन करने के लिए IEEE 1588 प्रिसिजन टाइम प्रोटोकॉल (PTP) जैसे प्रोटोकॉल की आवश्यकता होती है। उन्नत ड्राइवर सहायता प्रणाली (एडीएएस), इंफोटेनमेंट और दूरस्थ सूचना प्रसंस्करण उपप्रणाली सहित ऑटोमोटिव अनुप्रयोगों में, विश्वसनीय वास्तविक समय डेटा विनिमय के लिए वाहन वातावरण में चरम स्थितियों का सामना करने की क्षमता की आवश्यकता होती है।

चाहे फैक्ट्री वर्कशॉप में हो या कार में, समय संवेदनशील नेटवर्क को कम और सीमित विलंबता, उच्च दोष सहनशीलता और न्यूनतम घबराहट सुनिश्चित करनी चाहिए। क्रॉस डिवाइस सिंक्रोनाइज़ेशन को बनाए रखने की क्षमता महत्वपूर्ण है, खासकर ऐसे वातावरण में जहां सिस्टम संचालन और सुरक्षा के लिए मिलीसेकंड प्रतिक्रिया समय महत्वपूर्ण है। साथ ही, नेटवर्क समाधानों को विनिर्माण इकाइयों या वाहन चेसिस में नेटवर्क उपप्रणालियों के सीमित स्थान के अनुकूल होना चाहिए।

नेटवर्क के लिए समय संवेदनशील और स्थान सीमित अनुप्रयोगों की आवश्यकताओं को कैसे पूरा करें
IEEE 802.3bw (100BASE-T1) और IEEE 802.3bp (1000BASE-T1) मानकों के अनुसार, SPE औद्योगिक और ऑटोमोटिव अनुप्रयोगों में गीगाबिट ईथरनेट (GbE) के लिए उपयुक्त है और पारंपरिक ईथरनेट का एक सरलीकृत भौतिक परत विकल्प बन गया है। एसपीई केबल जटिलता और सिस्टम लागत को कम करते हुए समय संवेदनशील अनुप्रयोगों के लिए सख्त आवश्यकताओं का समर्थन करता है। हालाँकि, इन फायदों के बावजूद, एसपीई आधारित नेटवर्क डिजाइनरों को अभी भी उपयुक्त उपकरणों को एकीकृत करने और उनकी कार्यात्मक सुरक्षा तैयारी सुनिश्चित करने में चुनौतियों का सामना करना पड़ता है।

माइक्रोचिप टेक्नोलॉजी के LAN8872 1000BASE-T1 SPE PHY ट्रांसीवर (चित्र 1) और संबंधित डिज़ाइन संसाधन मानक अनुरूप SPE नेटवर्क को लागू करते समय डेवलपर्स को इन उभरती चुनौतियों का समाधान करने में मदद कर सकते हैं। LAN8872 एक संपूर्ण PHY सबसिस्टम को एकीकृत करता है, जिसमें भौतिक कोडिंग सबलेयर (PCS), परिमित राज्य मशीन (FSM), एनालॉग फ्रंट-एंड (AFE), लो ड्रॉपआउट (LDO) रेगुलेटर, वोल्टेज मॉनिटरिंग, ऑन-चिप समाप्ति और एकीकृत फ़िल्टरिंग शामिल है।

माइक्रोचिप LAN8872 एकीकृत 1000BASE-T1 PHY ट्रांसीवर का योजनाबद्ध आरेख (बड़ा करने के लिए क्लिक करें)
चित्र 1: LAN8872 एक एकीकृत 1000BASE-T1 PHY ट्रांसीवर प्रदान करता है, जिसमें PCS, LDO रेगुलेटर, वोल्टेज मॉनिटरिंग AFE, FSM, ऑन-चिप टर्मिनल और एकीकृत फ़िल्टरिंग जैसे पूर्ण कार्य शामिल हैं। (छवि स्रोत: माइक्रोचिप प्रौद्योगिकी)

LAN8872 में IEEE 1588-2019 और IEEE 802.1AS-2020 सटीक घड़ी सिंक्रनाइज़ेशन प्रोटोकॉल मानकों के लिए अंतर्निहित समर्थन है, और यह वास्तविक समय ईथरनेट ऑडियो और वीडियो ब्रिजिंग (AVB) और IEEE 802.1 समय संवेदनशील नेटवर्क (TSN) मानकों के साथ पूरी तरह से संगत है। LAN8872 का नियतात्मक समय फ़ंक्शन डेवलपर्स को कई प्रणालियों के बीच मजबूत तालमेल बनाए रखने में मदद कर सकता है, और इसका ऊर्जा प्रबंधन फ़ंक्शन कठोर वातावरण में भी मजबूत कम-शक्ति कनेक्शन के लिए लोगों की मांग को पूरा कर सकता है।

कम-शक्ति वाले एसपीई नेटवर्क डिज़ाइन को सरल बनाएं
LAN8872 माइक्रोचिप की ईथरग्रीन ऊर्जा-बचत तकनीक को अपनाता है, जो डिवाइस को अल्ट्रा-लो पावर स्लीप मोड में केवल 15 माइक्रोएम्पीयर (μ A) की सामान्य खपत प्राप्त करने में सक्षम बनाता है। यह डिवाइस ओपन अलायंस टेक्निकल कमेटी 10 (टीसी10) मानक के रिमोट स्लीप और वेक-अप तंत्र का समर्थन करता है, और स्लीप अनुरोधों को पहचान सकता है और वेक-इन पल्स वेक-अप का जवाब दे सकता है। इसका INH आउटपुट डिवाइस को इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण इकाई (ECU) बिजली आपूर्ति को सक्षम या अक्षम करने की अनुमति देता है। LAN8872 माइक्रोचिप की फ्लेक्सपीडब्लूआर पावर प्रबंधन तकनीक से लैस है, जो वेरिएबल I/O और कोर पावर सप्लाई वोल्टेज के माध्यम से ऊर्जा बचाता है।

LAN8872 का उच्च एकीकरण डिज़ाइन को और सरल बनाता है। इसके व्यापक एकीकरण कार्यों के अलावा, ऑन-चिप टर्मिनल रेसिस्टर्स और एकीकृत ट्रांसमिशन फ़िल्टरिंग क्षमताओं का संयोजन समाधान को आकार में कॉम्पैक्ट और विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप (ईएमआई) में कम बनाता है। सिस्टम स्तर एकीकरण के लिए, LAN8872 में एक संदर्भ घड़ी आउटपुट और एक मानक सीरियल गीगाबिट मीडिया इंडिपेंडेंट इंटरफ़ेस (SGMII) है, जो ईथरनेट मीडिया एक्सेस कंट्रोलर (MAC) या MAC कार्यक्षमता वाले उपकरणों के साथ इंटरफ़ेस को सरल बनाता है, जिसमें सिस्टम ऑन चिप (SoC), माइक्रोकंट्रोलर (MCU), और फ़ील्ड प्रोग्रामेबल गेट ऐरे (FPGA) (चित्र 2) शामिल हैं।

माइक्रोचिप ATA8520D सिगफॉक्स ट्रांसीवर योजनाबद्ध आरेख
चित्र 2: डेवलपर्स को अपने SPE नेटवर्क समाधान में LAN8872 PHY ट्रांसीवर को एकीकृत करने के लिए केवल कुछ अतिरिक्त घटकों की आवश्यकता होती है। (छवि स्रोत: माइक्रोचिप प्रौद्योगिकी)

LAN8872 IEEE 802.3bp-2016 मानक का अनुपालन करता है और इसे महत्वपूर्ण औद्योगिक और ऑटोमोटिव नेटवर्क में समस्या निवारण का समर्थन करते हुए तारों की एक जोड़ी के माध्यम से गीगाबिट प्रदर्शन प्रदान करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। यह डिवाइस नेटवर्क डायग्नोसिस के लिए सहायक है, और इसकी विशेषताओं में शॉर्ट सर्किट या ओपन सर्किट केबल दोष का पता लगाना, रिसीवर सिग्नल क्वालिटी इंडिकेटर (एसक्यूआई), ओवरहीट प्रोटेक्शन, अंडरवोल्टेज प्रोटेक्शन, फुल स्टेट इंटरप्ट सपोर्ट और विभिन्न लूपबैक और टेस्ट मोड शामिल हैं।

LAN8872 पर आधारित SPE समाधानों के डिज़ाइन में तेजी लाएं
डिज़ाइन और विकास में तेजी लाने के लिए, माइक्रोचिप विभिन्न डेवलपर्स की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए मूल्यांकन बोर्ड प्रदान करता है। सिस्टम स्तरीय डिज़ाइन परीक्षण और सत्यापन की सुविधा के लिए, माइक्रोचिप का EV75E52A EVB-LAN8870-MC मूल्यांकन बोर्ड (चित्र 3) एक पूर्ण मीडिया कनवर्टर प्रदान करता है जो 1000BASE-T1 और मानक गीगाबिट ईथरनेट को ब्रिज कर सकता है। डेवलपर्स को केवल GbE पोर्ट से CAT5 ईथरनेट केबल को सर्किट बोर्ड के RJ-45 इंटरफ़ेस से कनेक्ट करना होगा, और फिर SPE नेटवर्क से एक ट्विस्टेड पेयर केबल को सर्किट बोर्ड के T1 ऑटोमोटिव ईथरनेट इंटरफ़ेस से कनेक्ट करना होगा।