elektro AUTOMATION 01-02.2020

TITELSTORY
PRAXIS
um alle diese Standards einzuhalten. Signifikante Kosten und auch
das Risiko bei der Markteinführung neuer Produkte lassen sich senken,
wenn man PHY-Bausteine einsetzt, die bereits nach den IECund
EN-Standards geprüft sind.
Latenz eines Ethernet-PHYs
Für Anwendungen die eine Kommunikation in Echtzeit erfordern, in
der eine präzise Bewegungssteuerung von entscheidender Bedeutung
ist, ist die PHY-Latenz eine wichtige Design-Spezifikation, weil
sie ein entscheidender Teil der Zykluszeit des gesamten Ethernet-
Netzwerks ist. Die Zykluszeit eines Netzwerks ist die vom Controller
benötigte Zeit für die Kommunikation, um die Daten aller Geräte
einzusammeln und zu aktualisieren. Eine geringere Zykluszeit ergibt
in zeitkritischen Anwendungen eine höhere Applikationsleistung.
Ein Ethernet-PHY mit geringer Latenz hilft dabei, eine minimale
Netzwerk-Zykluszeit zu erzielen und erlaubt es deshalb, mehr Geräte
in das Netzwerk einzubinden.
Da in Linien- und Ring-Topologien zwei Ethernet-Ports (Data In Port/
Data Out Port) nötig sind, um Daten von einem Gerät zum nächsten
zu transferieren, hat die Latenz des Ethernet-PHY einen doppelt so
starken Einfluss. Bei einer Reduzierung der PHY-Latenz um 25 % in
einem Netzwerk mit 32 Teilnehmern (64 PHYs), ist der Einfluss sowohl
für die Anzahl der Knoten als auch der Leistung (Zykluszeit)
dieses industriellen Ethernet-Netzwerks signifikant.
Skalierbarkeit der Ethernet-PHY-Datenrate
Es ist auch wichtig, Ethernet-PHY-Bausteine für industrielle Ethernet-Netzwerke
zu haben, die unterschiedliche Datenraten unterstützen;
10 Mbit, 100 Mbit und Gbit (10/100/1000). Verbindungen zwischen
SPS und Bewegungssteuerung benötigen Gigabit-TSN-Ethernet-Verbindungen
(1000 BASE-T) mit hoher Bandbreite. Die Verbindungen
auf Feldebene basieren auf einer Ethernet-Verbindung, auf
der industrielle Ethernet-Protokolle auf 100-Mbit/s-PHYs (100 -
BASE-T) laufen.
Für die Verbindung End-Knoten/Edge-Knoten gibt es einen neuen
Standard, der in IEEE 802.3cg/10BASE-T1L festgelegt ist. Dieser
ermöglicht es der verlustleistungsarmen Ethernet-PHY-Technik auf
einem einzelnen verdrillten Leitungspaar bei 10 Mbit/s Bandbreite
über eine Entfernung von bis zu 1 km in eigensicheren Anwendungen
in der Prozessteuerung eingesetzt zu werden. Da die Ethernet-
Technik immer stärker auch an der Edge von industriellen Netzwerken
eingesetzt wird, wird der Umfang der Verbindungsknoten immer
kleiner. Über Ethernet vernetzte Sensoren/Aktoren können daher
sehr kompakte Formfaktoren haben, sie benötigen daher auch
PHYs in kleinen Gehäusen, die für industrielle Anwendungen entwickelt
sind. LFCSP/QFN-Gehäuse mit 0,5 mm Anschlussabständen
sind heute erwiesenermaßen robust, erfordern keine teuren
Baugruppen-Fertigungsabläufe und besitzen den Vorteil einer herausgeführten
Kühlfläche an der Unterseite. Damit wird die Wärmeableitung
bei Betrieb in erhöhter Umgebungstemperatur verbessert.
Eine lange Produktlebensdauer und -verfügbarkeit ist ein wichtiges
Anliegen für Hersteller industrieller Produkte und Anlagen, weil ihr
Equipment häufig für mehr als 15 Jahre im Einsatz bleibt. Produktabkündigungen
ziehen sehr kosten- und zeitaufwändige Neuentwicklungen
nach sich. Deshalb müssen industrielle Ethernet-PHY-
Bausteine eine lange Produktlebensdauer -und verfügbarkeit aufweisen,
etwas, was von Herstellern von Ethernet-PHYs für den
Konsummassenmarkt häufig nicht unterstützt wird.
Bild: ADI
Mit Hilfe eines Softwaretools lassen sich die PHYs untersuchen
und parametrieren
Technologie für industrielle Ethernet-PHYs
Analog Devices hat zwei neue industrielle Ethernet-PHYs auf den
Markt gebracht, die für den Einsatz in besonders rauen industriellen
Umgebungen mit Umgebungstemperaturen von bis zu 105 °C ausgelegt
sind. Das Unternehmens stellt lange Lebensdauern für neue Produkte
sicher, die für industrielle Applikationen entwickelt werden. Erweiterte
PHY-Eigenschaften der Bausteine ADIN1300 und ADIN1200
wurden speziell dafür entwickelt, um die erwähnten Herausforderungen
anzugehen:
• Verbesserte Erkennung von Datenverlust, detektiert Datenver -
luste in < 10 μs, eine Anforderung von industriellen Echtzeit-
Ethernet-Protokollen (z.B. Ethercat)
• Start der Paketerkennung für die IEEE-1588-Zeitmarkierung,
erforderlich für akkurates Timing im Netzwerk
• Erweiterter ESD-Schutz an den MDI-Pins/ESD-Widerstands -
fähigkeit am RJ-45-Steckverbinder
• PHY-Einschaltzeit < 15 ms.
• Stromversorgungsüberwachung auf dem Chip
• Verbesserte Robustheit des Einschaltvorgangs auf Systemebene
Der ADIN1300 ist der industrielle 10/100/1000-Ethernet-PHY mit
dem branchenweit niedrigsten Stromverbrauch, der geringsten Latenz
und dem kleinsten Gehäuse, der umfassend auf robustes
EMV- und ESD-Verhalten geprüft wurde und einen Betrieb in Umgebungstemperaturen
von bis zu 105 °C erlaubt. Der PHY ADIN1300
wurde nach den EMV/ESD-Standards getestet. Durch Nutzen einer
Ethernet-PHY-Technik, die umfassend nach den entsprechenden
IEC- und EN-Standards geprüft ist, können Kosten und Zeitaufwand
im Zusammenhang mit der Konformitätsprüfung und Zertifizierung
eines Produkts signifikant reduziert werden.
ge
www.analog.com/ADIN1300
www.analog.com/ADIN1200
Details zum ADI-Chronous -
Produktportfolio: hier.pro/vXf7r
Embedded World: Halle 4A, Stand 240
INFO
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