In che modo due versioni a bassa potenza di Ethernet per auto stanno riducendo le emissioni di CO2

16 ore fa p Steve Arar I veicoli stradali sono responsabili di una notevole quantità di emissioni globali di CO2, circa il 17% nel 2013. Gli obiettivi obbligatori per i produttori di automobili sono di ridurre queste emissioni nocive. Per ridurre le emissioni di carbonio (oltre ai costi associati al consumo di carburante), dobbiamo ridurre al minimo il consumo di energia di diversi componenti elettronici di un'auto, inclusa la rete di bordo (INV).
Ecco perché un basso consumo di energia può essere una caratteristica differenziante quando si sceglie una tecnologia di rete per applicazioni automobilistiche. In questo articolo, discuteremo brevemente due versioni a basso consumo di Ethernet. Vedremo anche la LAN8770 di Microchip, un PHY Ethernet recentemente rilasciato che, secondo Microchip, presenta una corrente di sospensione quattro volte inferiore alla corrente di sonno di altri prodotti sul mercato.
I sistemi elettrici automobilistici continuano a diventare sempre più complicati. Un'auto moderna può avere più di 100 centraline elettroniche (ECU). Per supportare la guida completamente autonoma, probabilmente avremo bisogno di un massimo di venti radar, sei telecamere e comunicazioni da veicolo a tutto (V2X).
I dati giornalieri generati ed elaborati da un tale sistema possono arrivare fino a 20 TB . È necessaria una rete ad alta larghezza di banda per trasferire tutte queste informazioni in modo tempestivo. La richiesta di elevata larghezza di banda ha reso Ethernet una soluzione allettante per le moderne applicazioni INV.
Un altro vantaggio di Ethernet è che può ridurre il peso del cablaggio richiesto e, di conseguenza, il consumo di carburante. Il cablaggio è in genere il terzo componente più pesante e più costoso di un'auto (dietro il telaio e il motore). Ciò è dovuto al fatto che diversi standard di comunicazione diversi, come CAN, FlexRay, MOST e LVDS, sono generalmente impiegati in un'automobile e ogni componente elettronico può avere requisiti di comunicazione e cablaggio diversi.
Viene mostrato un tipico cablaggio sotto: L'elevata larghezza di banda di Ethernet ci consente di avere comunicazioni da diversi componenti fisicamente vicini tra loro sulla stessa rete Ethernet. La Ethernet per auto 100BASE-T1, specificata nello standard IEEE 802.3bw, offre una velocità di comunicazione di 100 Mbps su un cavo UTP (single twisted pair) non schermato.
Uno standard di comunicazione unificato basato su cavi UTP può ridurre significativamente il peso e il costo del cablaggio richiesto. L'elevata larghezza di banda di Ethernet può rendere la guida autonoma e ADAS una realtà. Tuttavia, il consumo di energia di questa tecnologia, originariamente sviluppata come soluzione di rete per reti locali, non è ottimizzato per le applicazioni automobilistiche.
Di seguito, daremo un'occhiata a due versioni a bassa potenza di Ethernet: 1) Ethernet a risparmio energetico e 2) una versione basata sullo standard di sonno OPEN Alliance. IEEE 802.3az specifica una versione a bassa potenza di Ethernet chiamata Ethernet a risparmio energetico (EEE) che tenta di risparmiare energia su collegamenti Ethernet inattivi.
Fintanto che un nodo ha pacchetti di dati per la trasmissione, rimane attivo bruciando piena potenza. Tuttavia, quando non ci sono più dati da trasmettere, il nodo trasmette pacchetti inattivi sul collegamento. Osservando questi pacchetti inattivi, i nodi collegati al collegamento possono accettare di entrare in una modalità di inattività a basso consumo (LPI) in cui l'unità consuma solo circa il 10% della sua piena potenza.
In questa modalità, il collegamento rimane silenzioso per Tq secondi e esegue un ciclo di aggiornamento per Tr secondi come mostrato nella figura seguente. I numeri tipici per questi periodi di tempo sono Tq = 20 ms e Tr = 200 µs. Durante i cicli di aggiornamento, il collegamento viene utilizzato per condividere alcuni dati di sincronizzazione tra i dispositivi.
Ciò mantiene allineati i nodi di invio e ricezione e ci consente di riattivare il collegamento rapidamente quando richiesto. Come mostrato nel diagramma, la transizione da attivo a LPI e da LPI a modalità attiva richiede rispettivamente Ts e Tw secondi. L'EEEE può portare a grandi risparmi energetici per le reti Ethernet a basso utilizzo.
Tuttavia, come sottolineano i ricercatori dell'Università Linköping, gli intervalli di transizione (Ts e Tw) aumentano la latenza, che può essere una seria sfida in tempo reale applicazioni. OPEN Alliance ha sviluppato un meccanismo di sveglia in cui un segnale di sveglia può essere distribuito in tutta la rete e attivare tutte le centraline precedentemente in modalità sleep. In questo modello, un segnale di attivazione (WUP) viene attivato dal microcontrollore.
Questo segnale di attivazione si diffonde molto rapidamente a tutte le centraline della rete. Dopo un risveglio globale, le unità non necessarie tornano alla modalità di sospensione il più rapidamente possibile. Il vantaggio di un risveglio globale piuttosto che di un risveglio selettivo è che la conoscenza di quale dispositivo si accenderà rimane nel livello pertinente dello stack di comunicazione.
Si noti che il segnale di riattivazione viene distribuito tramite il collegamento Ethernet stesso anziché una linea di riattivazione separata. Quindi, dobbiamo mantenere una parte dei PHY sempre attiva per rilevare eventuali segnali di sveglia imminenti. Il nuovo PHY Ethernet 100BASE-T1 a porta singola di Microchip, il LAN8770, dimostra l'efficienza possibile nei risvegli globali attraverso la rete Ethernet; in particolare, questo dispositivo supporta lo standard di sonno OPEN Alliance TC10.
Ha una corrente di sonno inferiore a 15 µA che, secondo Microchip, è circa quattro volte inferiore alla corrente di sonno di altri prodotti sul mercato. È progettato per soddisfare i requisiti EMI automobilistici ed è qualificato AEC-Q100 automobilistico di grado 1 (da -40 ° C a + 125 ° C). Le interfacce di comunicazione MAC supportate includono le interfacce MII / RMII (LAN8770M) e MII / RMII / RGMII (LAN8770R).
Il dispositivo include un'uscita di clock di riferimento opzionale da 125 MHz o 50 MHz che può essere utilizzata per le interfacce RGMII e RMII. LAN8770M e LAN8770R sono disponibili rispettivamente in package QFN da 5 mm per 5 mm e 6 mm per 6 mm. La nuova Ethernet PHY è adatta per unità di infotainment, telematica e applicazioni ADAS.
Hai esperienza nella progettazione con una o entrambe le versioni a basso consumo di Ethernet? Condividi le tue esperienze nei commenti qui sotto ..