本文作者@@：安森美技术@@营销@@ / 有线互联业务部@@ Arndt Schuebel
在@@开发全新数据通信@@协议时@@，通常关注的@@重点是进一步提高@@数据速率@@。然而@@@@，要确保工业@@和@@楼宇自动化应用@@中的@@许多传感器和@@执行器正常运行@@，我们需要的@@不仅仅是更快的@@数据速率@@@@。目前@@，这些@@“边缘@@”设备@@使用@@大量的@@传统多点通信@@协议进行互联@@，使得原始设备@@制造商@@ (OEM) 支持这些@@设备@@@@将面临更复杂的@@境况@@，并且成本随之增加@@。为此@@，IEEE 成立了一个工作小组@@，研究短距离联网@@技术@@如何通过单对以太网@@@@@@ (SPE) 线缆@@实现@@ 10 Mb/s 的@@数据速率@@，以满足工业@@@@ 4.0、汽车以及其他市场领域的@@需求@@。
这一切最终促成了@@ 2019 年@@ IEEE 802.3cg 标准@@的@@发布@@，现在@@该标准@@为@@“边缘@@”应用@@带来了@@ SPE 的@@优势@@。在@@本文中@@，我们首先阐述开发@@ 10BASE-T1S（基于这一新标准@@的@@@@ SPE 短距离版本@@）的@@驱动因素@@，然后@@介绍安森美@@ (onsemi) 全新以太网@@@@收发器@@的@@功能@@，该收发器@@可为工业@@自动化@@、楼宇自动化和@@其他应用@@提供@@ 10BASE-T1S 的@@优势@@。
图@@ 1：工业@@ 4.0 对工业@@网@@络提出了新要求@@@@
设置工业@@@@SPE的@@应用@@场景@@
尽管当前某些点对点类@@型的@@单对以太网@@@@能够快速提供@@（并超越@@）工业@@应用@@所需数据速率@@，但现有的@@多点类@@型无法提供移动机器人和@@执行器所需的@@确定性@@，做到近乎实时地响应输入@@。这是因为这些@@类@@型使用@@载波侦听多路访问@@/冲突检测@@ (CSMA/CD) 来调节对多点网@@络中共享介质@@（线缆@@）的@@访问@@。CSMA/CD 存在@@数据冲突引起的@@随机延迟@@，因此@@无法保证设备@@能够在@@规定的@@时间间隔内传输数据并与@@接收器可靠通信@@@@。针对这个缺点@@，目前@@开发出一种用@@于@@ 10BASE-T1S 的@@介质访问控制调节新方法@@。10BASE-T1S 是一种网@@络协议@@，旨在@@通过最长@@ 25 米的@@线缆@@实现@@数据速率高达@@ 10Mb/s 的@@多点数据通信@@@@。物理层冲突避免@@ (PLCA) 可保证半双工多点网@@络中的@@最大延迟@@。PLCA 传输周期从协调器节点@@@@（节点@@ 0）发送信标开始到其他网@@络节点@@同步结束@@。发送信标后@@，传输选择权就会转至节点@@@@@@ 1。如果该节点@@没有要发送的@@数据@@，选择权就会转至节点@@@@ 2。这个过程会一直持续到每个节点@@@@都获得了至少一次传输机会@@ (TO) 为止@@。然后@@，协调器节点@@会通过发出另一个信标的@@方式重新开始传输周期@@。为防止节点@@阻断总线@@，每个传输机会只允许传输一定数量的@@帧@@@@，取决于突发模式设置@@，默认为每个传输机会@@ (TO) 1 帧@@，但也可以设置为每个@@ TO 128 帧@@。总线不会出现任何数据冲突@@，因此@@吞吐量不会受到任何影响@@。
图@@ 2：PLCA 介质访问控制周期@@
布线是在@@工业@@环境中部署传统以太网@@@@的@@另一个障碍@@。标准@@以太网@@@@线缆@@有四对电线@@，不仅增加了成本@@，而@@且也难以安装@@。10BASE-T1S 专为使用@@单对电线而@@开发@@，因此@@更小巧@@、更易使用@@@@，成本也明显更低@@。
除了实时性能@@和@@确定性之外@@，在@@恶劣且嘈杂的@@电气环境下可靠工作是工业@@网@@络的@@一个关键要求@@@@。旧的@@以太网@@@@标准@@设计不具备@@电磁兼容性@@ (EMC)，而@@ 10BASE-T1S 在@@设计时考虑到这些@@恶劣的@@环境因素@@。因此@@，与@@其他工业@@网@@络相比@@，10BASE‑T1S 具有出色的@@@@ EMC 性能@@。如今@@，即便使用@@非屏蔽单对线缆@@@@，也可以利用@@@@ 10BASE-T1S 设计出满足@@ 3 类@@ IEC61000-4-6 EMI 要求@@（10 Vrms 共模噪声注入@@）的@@系统@@。PLCA 是提高@@电磁抗扰性的@@关键因素@@，因为消除冲突有助于物理层收发器@@使用@@先进技术@@@@，这样在@@电气噪声比较大的@@环境下也能恢复信号@@。
工艺边缘@@的@@@@SPE
工业@@设备@@原始设备@@制造商和@@工业@@设施运营商将会因@@ 10BASE-T1S 在@@许多方面受益匪浅@@。在@@工厂环境下@@，许多通信@@技术@@通常在@@物理层@@ (PHY) 连接设备@@@@（RS-485、UART），在@@数据链路层连接各种现场总线协议@@。这些@@节点@@以较低的@@数据速率@@将所有部件@@（包括温度和@@压力传感器@@、机器人和@@暖通空调执行器@@、风扇@@、电压监控器@@、电源转换器以及其他模块@@）连接至控制柜@@。10BASE-T1S 的@@多点能力允许将这些@@设备@@@@连接至单根共享线缆@@@@，这意味着@@，我们可以在@@不影响整体网@@络性能@@或@@不会导致进程停止的@@情况下移除@@（或@@更换@@）这些@@设备@@@@，从而@@大大简化网@@络维护@@，降低网@@络维护成本@@。用@@ 10BASE-T1S 取代传统多点工业@@网@@络还可消除对大型交换机@@、网@@关和@@协议转换器的@@需求@@，以及支持这些@@设备@@@@所需的@@额外线缆@@和@@功率需求@@。
二合一@@MAC PHY收发器@@
典型的@@@@ 10BASE-T1S 以太网@@@@ PHY 控制器只提供通过非屏蔽单对线缆@@传输和@@接收数据所需的@@物理层功能@@，并支持通过独立的@@标准@@介质@@(MII) 与@@ MAC 通信@@。但是@@，安森美的@@@@ NCN26010（图@@ 3）是一款符合@@ IEE 802.3cg 标准@@的@@以太网@@@@收发器@@@@，它将媒体访问控制器@@ (MAC)、PLCA 协调子层@@ (RS) 与@@ 10BASE-T1S PHY 整合在@@单个封装@@@@，因此@@无需使用@@这种双层设计方法@@。这意味着@@，它可提供通过单一的@@非屏蔽双绞线传输和@@接收数据所需的@@所有物理层功能@@，并可通过@@ Open Alliance 的@@ MACPHY SPI 协议与@@主机@@ MCU 通信@@。通过将@@ PHY 和@@ MAC 集成在@@单个@@ MACPHY 设备@@中@@，可以将以太网@@@@与@@传感器以及其他使用@@中低端@@ MCU 的@@工业@@设备@@@@（无集成@@ MAC）搭配使用@@@@。这不仅显著降低了复杂性@@，还支持在@@系统初始安装后灵活地重新配置节点@@@@。
图@@ 3：安森美的@@@@ NCN26010 10BASE-T1S 收发器@@
NCN26010 还具有另外两个显著优势@@。第一个优势@@：它具有增强的@@抗噪模式和@@出色的@@误码率@@ (BER)，同时通过了@@ IEC6100-4-6 在@@ 10 Vrms 条件下进行的@@抗扰度测试@@，确保在@@嘈杂的@@工厂环境下能够进行可靠的@@信号检测@@。此功能使@@ NCN26010 能够在@@长达@@ 50 米的@@线缆@@上部署@@ 8 个节点@@@@（IEEE 802.3cg 标准@@要求@@的@@@@ 2 倍@@）。第二个优势@@：该器件的@@线路引脚电容更低@@，最多可将@@ 40 个节点@@@@连接至一根@@ 25 米长的@@单对电缆上@@（超出@@ IEEE 802.3cg 标准@@ 5 倍@@）。NCN26010 还可通过采用@@以太网@@@@的@@分层法来降低软件维护成本@@，因此@@更改以太网@@@@@@ PHY 不会影响上部软件层@@。NCN26010 收发器@@可采用@@@@4 mm x 4mm QFN32 薄型封装@@或@@@@ 5mm x 5mm TQFP32 封装@@。除了工业@@工厂@@，该收发器@@还可用@@于楼宇自动化@@（电梯和@@智能传感器@@）、街道照明@@、铁路运输以及其他汽车应用@@@@。
云@@-边缘@@互联@@
从最初主要用@@于连接计算设备@@到现在@@的@@许多形式@@，以太网@@@@已经取得了相当大的@@发展@@，能够满足许多不同应用@@的@@速度和@@距离要求@@@@。10BASE-T1S 弥补了工厂车间中多点确定性应用@@以及其他边缘@@应用@@所需的@@缺失链路@@。
本文转载自@@：安森美微信公众号@@@@