单对以太网spe（以太网是单工还是双工）

在开发新的数据通信协议时，提高数据速率通常是主要关注点。然而，在工业和楼宇自动化应用中运行的无数传感器和执行器中，许多传感器和执行器需要的不仅仅是快速数据速率才能正常运行。这些边缘设备目前使用大量传统多点协议进行互连，这增加了原始设备制造商(OEM) 支持它们的复杂性和成本。

考虑到这一点，IEEE 成立了一个工作组来研究短距离网络技术如何通过一对以太网(SPE) 电缆提供10 Mb/s 的数据速率，以满足工业4.0、汽车和其他市场的需求。

这最终于2019 年发布了IEEE 802.3cg 标准，该标准现在将SPE 的优势发挥到了极致。

为工业SPE奠定基础

虽然点对点类型的单对以太网已经存在，可以快速提供（并超过）工业应用所需的数据速率，但现有的多点类型无法提供移动机器人和执行器响应近乎实时的输入所需的确定性-时间。这是因为它们使用载波侦听多路访问和冲突检测(CSMA/CD) 来仲裁对多点网络中共享介质（电缆）的访问。

CSMA/CD 会出现由数据冲突引起的随机延迟，因此无法保证设备能够在定义的时间间隔内与接收器可靠地进行传输和通信。为了解决这一缺点，我们为10BASE-T1S 开发了一种调节媒体访问控制的新方法，该网络协议旨在通过长达10 米的电缆实现高达25Mb/s 的多点传输。数据通讯。

物理层冲突避免(PLCA) 可确保半双工多点网络中的最大延迟。当协调器节点（节点0）发送一个信标，然后其他网络节点同步到这个信标时，PLCA传输周期就开始了。发送信标后，传输选项被转发到节点1。如果该节点没有数据要发送，则该选项被传递到节点2。这一过程持续进行，直到每个节点获得至少一个传输机会(TO)。

然后协调器节点通过发送另一个信标来重新启动循环。为了防止节点阻塞总线，每个传输机会只允许一定数量的传输帧，由突发模式设置控制，默认为每个传输机会(TO) 一帧0 个帧，但可以设置为每个TO 128 个帧。总线上不会发生数据冲突，因此吞吐量不受影响。

图2：PLCA媒体访问控制周期

布线是在工业环境中部署传统以太网的另一个障碍。标准以太网电缆有四对电线，这增加了成本并且难以安装。 10BASE-T1S 是为使用一对电线而开发的，这种电线更小、更易于使用且更便宜。

除了实时性能和确定性之外，在恶劣和电噪声环境中可靠运行是工业网络的关键要求。虽然旧的以太网标准并非针对电磁兼容性(EMC) 而设计，但10BASE-T1S 在设计时就考虑到了这些恶劣环境。结果是，与其他工业网络相比，10BASE-T1S 表现出出色的EMC 性能。

使用10BASE-T1S，即使使用非屏蔽单对电缆，也可以设计满足3 类IEC61000-4-6 EMI 要求（10 Vrms 共模噪声注入）的系统。 PLCA 是提高电磁抗扰度的关键因素，因为消除冲突使物理层收发器即使在存在高水平电噪声的情况下也能够采用先进技术来恢复信号。

工业边缘的SPE

工业设备OEM 和工业设施运营商将从许多方面受益于10BASE-T1S。在工厂环境中，许多通信技术传统上在物理层(PHY) 上连接设备（RS-485、UART），并在数据链路层上使用各种现场总线协议。这些节点以低数据速率将温度和压力传感器、机器人和HVAC 执行器、风扇、电压监视器、电源转换器和其他模块等所有模块连接回控制柜。

10BASE-T1S 的多点功能允许将这些设备连接到单个共享电缆，这意味着可以在不影响整体网络性能或导致过程停机的情况下移除（或更换）这些设备，从而大大简化并降低网络维护成本。用10BASE-T1S 取代传统的多点工业网络还消除了对大型交换机、网关和协议转换器的需求，以及支持它们所需的额外布线和电源。

二合一麦菲收发器

典型的10BASE-T1S 以太网PHY 控制器仅提供通过非屏蔽单对电缆传输和接收数据所需的物理层功能，并支持通过标准媒体独立接口(MII) 与MAC 进行通信。 ON Semiconductor 的NCN26010（图3）是一款符合IEEE 802.3cg 标准的以太网收发器，旨在通过将媒体访问控制器(MAC)、PLCA 协调子层(RS) 和10BASET1S PHY 集成在单个封装中来提供最佳性能。消除这种两层方法。

这意味着它提供了通过单根非屏蔽双绞线发送和接收数据所需的所有物理层功能，并通过开放联盟MACPHY SPI 协议与主机MCU 进行通信。将PHY 和MAC 集成到单个MACPHY 设备上，使以太网能够与具有中低端MCU 且没有集成MAC 的传感器和其他工业设备一起使用。这大大降低了复杂性，并提供了在初始系统安装后重新配置节点的灵活性。

图3：ON Semiconductor 的NCN26010 10BASE-T1S 收发器

云到边缘连接

以太网已经从最初用于连接计算设备的形成时期发展到现在的多种形式，使其能够满足不同应用的速度和距离要求。 10BASE-T1S 填补了工厂车间和其他边缘应用中多点确定性应用所需的缺失环节。

审稿编辑：郭婷