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Low-Power-Prozessoren ans Ethernet

17. Juni 2021, 09:02 Uhr   |  Meinrad Happacher

Low-Power-Prozessoren ans Ethernet
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Single Pair Ethernet hat in der Fabrik- und Prozessautomation eine große Zukunft vor sich. Aber was ist bei der Anbindungs-Entwicklung gerade der stromsparenden Feld- oder Edge-Geräten zu beachten?

Die Anwendungsfälle für Single-Pair-Ethernet 10BASE-T1L, darunter Ethernet-APL, werden im Prozess-, Fabrik- und Gebäudeautomatisierungs-Bereich immer zahlreicher, denn es müssen immer mehr Geräte an Ethernet-Netzwerke angebunden werden. Wenn mehr Geräte eine Netzwerk-Anbindung erhalten, lassen sich den übergeordneten Management-Systemen umfangreichere Datenbestände zur Verfügung stellen, was einerseits erhebliche Produktivitätssteigerungen gestattet und andererseits die Betriebskosten und den Energieverbrauch reduziert.

Für den Feld- beziehungsweise Edge-Bereich birgt Ethernet die Perspektive, dass sämtliche Sensoren und Aktoren an ein konvergiertes IT/OT-Netzwerk (Informationstechnologie und operative Technologie) angebunden werden können. Zur Umsetzung dieser Vision gilt es allerdings einige systemtechnische Herausforderungen zu überwinden, da einige der besagten Sensoren hinsichtlich der verfügbaren Leistung und ihres Platzbedarfs eingeschränkt sind. Für Sensor- und Aktor-Anwendungen gibt es ein wachsendes Angebot an Low-Power- und Ultra-Low-Power-Mikrocontrollern mit großer interner Speicherkapazität. Die Mehrzahl dieser Prozessoren hat jedoch die Gemeinsamkeit, dass sie wegen des fehlenden integrierten Ethernet-MAC kein MII-, RMII- oder RGMII Media Independent (Ethernet) Interface unterstützen.

Ein traditioneller PHY lässt sich an diese Prozessoren somit nicht anschließen.

Was spricht für einen 10BASE-T1L MAC-PHY?

Um immer mehr Low-Power-Bausteine mit einer für große Distanzen geeigneten Ethernet-Verbindung auszustatten, ist ein 10BASE-T1L MAC-PHY nötig. Dieser Baustein stellt die Ethernet-Anbindung des Prozessors per SPI her. Letzterer wird somit entlastet, weil kein integrierter MAC notwendig ist, denn die MAC-Funktionalität ist jetzt direkt in den 10BASE-T1L PHY integriert. Ein 10BASE-T1L MAC-PHY beschert Geräte-Entwicklern also mehr Flexibilität und Auswahl, da eine große Zahl von Ultra-Low-Power-Prozessoren in Frage kommt. Durch eine optimale Partitionierung der Applikation erlaubt ein 10BASE-T1L MAC-PHY die Realisierung stromsparender Feldgeräte für eigensichere Zone-0-Anwendungen. Hier kommt das zum Zug, was in der Prozessindustrie als Ethernet-APL bezeichnet wird. In intelligenten Gebäude-Anwendungen erlaubt ein MAC-PHY die Anbindung einer größeren Zahl stromsparender Geräte an ein Ethernet-Netzwerk.

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