Microchip har introducerat nya, industriellt klassade kretsar för Single Pair Ethernet som implementerar det fysiska skiktet i 10BASE-T1S och 100BASE-T1. Henry Muyshondt, Senior Manager, Microchip Technology, Inc beskriver här hur produkterna kan flytta fram Ethernet hela vägen till randen hos industriella nätverk.

Single Pair Ethernet, eller SPE, definierar transceiverdelen i ett Ethernetsystem. Alla högre mjukvaruskikt förblir oförändrade, oavsett vilken hastighet det handlar om. SPE benämns också T1, vilket innebär ett balanserat par av trådar. Vissa applikationer använder tvinnade parkablar, medan andra bara använder två trådar som löper bredvid varandra. IEEE-standarden definierar en kanal baserat på dess elektriska egenskaper, men anger inte några specifika fysiska trådar.

Flera bandbredder har definierats för SPE. Den första delen av namnet specificerar antalet Mbit/s. 10BASE betyder alltså 10 Mbit/s. Det finns standarder för 10BASE-T1S (där S står för kort räckvidd), 10BASE-T1L (där L står för lång räckvidd), 100BASE-T1 och 1000BASE-T1, och ännu högre datahastigheter har definierats för 2,5, 5 och 10 Gbit/s. SPE reducerar systemkostnaderna genom att minska vikten och ledningskomplexiteten.

Centraliserade system
Megatrenden inom nätverk är att flytta över från distribuerade system, som främst definieras av den använda hårdvaran, till mer centraliserade, mjukvarudefinierade system. Trenden är att ansluta allt med Ethernet:
* Domänspecifika hårdvaruarkitekturer ersätts av zoner som är anslutna till varandra och till en centraliserad beräkningsplattform.
* Flera applikationsspecifika bussar ersätts av ett IP-baserat och överallt förekommande Ethernetnätverk.
* Gateways och styrkretsar som krävs för att översätta mellan olika hårdvarulösningar och som kräver komplex ledningsdragning elimineras. Prisbilliga, enkla parkablar flyttar då fram Ethernet hela vägen till randen (the edge) hos nätverket.

Exempel på Cloud-to-Edge-infrastruktur

Allt detta resulterar i allt kraftfullare och alltmer flexibla nätverk som uppfyller industriella krav.

Ethernet gör det möjligt att bygga sammankopplade Cloud-to-Edge-infrastrukturer. Traditionella IT-nätverk högt uppe möjliggör kommunikation på de högsta nivåerna. OT-nätverk (Operational Technology) används inom byggnader för att styra processer och monteringslinor. När vi kommer närmare randen hos företagsnät hittar vi sensorer, aktuatorer och andra lågnivå-enheter.

Ethernet ger oss en generell väg att ansluta till och kommunicera med alla dessa element för att göra deras data tillgängliga för högre nivåer i organisationen så att Big Data kan använda dem för att kunna leda företagen bättre. Det blir också enklare att konfigurera och styra olika system. Etablerade Ethernetmekanismer kan säkra alla dessa element. Autentisering, kryptering och säkra uppdateringar utgör allt viktigare aspekter på dagens krav på nätverk.

Single Pair Ethernet
Microchip har varit ledande inom utvecklandet av Single Pair Ethernet. Man hjälpte till att skriva standarderna på IEEE, och man har parallellt utvecklat ett omfattande sortiment av SPE-lösningar som är flexibla och skalbara. Oavsett om det handlar om 10 Mbit/s, 100 Mbit/s eller 1000 Mbit/s har Microchip en PHY-, MAC-PHY- eller Ethernet-switch som kan driva en enkel parkabel för att överföra data.

10BASE-T1S-teknologin är en av de senaste typerna av Ethernetförbindningar som definierats av IEEE.

Standarden IEEE 802.3cg publicerades år 2019. Microchip var en av de viktigaste medverkande parterna som skapade standarden inom IEEE. Denna standard utvecklades för att utsträcka Ethernet till randen hos OT-nätverk (Operational Technology). De befintliga systemen hade bandbredder på hundratals kilobit per sekund, så att ta steget till megabit per sekund ger utrymme för framtida tillväxt.

Teknologin använder halvduplex kommunikation och ger flexibla topologimöjligheter, från punkt-till-punkt till Multidrop. Det senare innebär att flera enheter kan anslutas till en enda databuss uppbyggd med ett enkelt kabelpar.

10BASE-T1S har definierats för att använda ett enkelt, balanserat par av ledare. Det kan vara en enkel tvinnad parkabel, någon annan konfiguration för trådpar eller rent av parallella spår på ett kretskort eller serverbakplan.

Den nya 10BASE-T1S-standarden definierar ett fysiskt skikt som skapar nya affärsmöjligheter för sådana företag som satsar på övergripande, helt Ethernetbaserade system. Data som finns var som helst i systemet kan användas på innovativa sätt som möjliggör helt nya applikationer.

Kostnaderna kan minskas eftersom 10BASE-T1S använder enkla komponenter, mjukvara och ledningsdragning. En ny 10BASE-T1S MAC-PHY Ethernetstyrkrets som nu finns på marknaden gör att de enklaste mikrostyrkretsarna kan bli delar i Ethernetvärlden. 10BASE-T1S eliminerar behovet av de gatewys som tidigare krävdes för att översätta data från olika hårdvarusystem. Multidrop minskar antalet portar i switchar eftersom alla enheter ansluts till en och samma busslinje.

Att använda de väletablerade säkerhetsmekanismerna och enhetliga gränssnitten i Ethernetvärlden minskar riskerna när nya applikationer skapas vid randen av industriella nätverk. Säkerhetsmekanismerna är väl kända bland ett stort antal konstruktörer och implementerare. Eventuella problem kan snabbt upptäckas eftersom det är så många som arbetar med teknologin, och felen kan också snabbt rättas till. Resurser för konstruktion, programutveckling, test och underhåll på alla nivåer av OT- och IT-nätverk kan nu koncentreras till samma grundläggande kommunikationsmekanismer.

Microchip erbjuder ett komplett sortiment av SPE PHY, från 10Mbit/s till 1000Mbit/s, alla med stöd för industriella temperaturområden. Ytterligare förstärkt support för industriella applikationer omfattar även säkerhet, trygghet och utökad kabelräckvidd. Kompletta systemlösningar för SPE-nätverk kan realiseras med ett brett sortiment av SPE-switchar. Microchip erbjuder intelligenta switchar som stöder Time Sensitive Networking (TSN) och integrerad SPE PHY teknologi. Vår senast släppta produkt är industrins första sanna enchips SPE-switch med TSN-support, integrerad switchningsstruktur, CPU, RAM och unikt flash-kodminne. Konstruktörerna kan nu implementera ”out-of-the-box” Single-Pair switchlösningar, med liten eller ingen kunskap om T1 PHY-teknologi eller AVB- och TSN-specifikationer.

Henry Muyshondt, Senior Manager, Microchip Technology, Inc

Filed under: Embedded