隨著軟件定義汽車加速落地，高效、精簡、適配車載場景的通信技術成為行業(yè)核心訴求。10BASE-T1S 作為專為車載與工業(yè)場景打造的以太網(wǎng)技術，為破解車載網(wǎng)絡瓶頸統(tǒng)一提供了關鍵方案。為幫助大家完整理解這項技術的核心價值，我們將通過兩篇技術文章詳細介紹。第一篇文章介紹了車載網(wǎng)絡的發(fā)展痛點、精簡型以太網(wǎng)的行業(yè)需求等，本文將重點介紹介紹10BASE-T1S芯片。

安森美（onsemi）如何打造出眾的 10BASE-T1S 芯片

圖1：安森美T30HM1TS2500產品圖

安森美依托在 10BASE-T1S 以太網(wǎng)領域的深厚技術積累，推出了第二代 10BASE-T1S MAC-PHY 器件，T30HM1TS2500 完全符合 IEEE 802.3cg 和 OPEN Alliance TC14/10/6 標準。這款收發(fā)器采用高性價比的階梯式可潤濕側翼 QFNW20 (4x4 mm) 封裝，基于雙極 CMOS/DMOS (BCD) 65 nm 工藝打造，可將高壓模擬功能與高密度數(shù)字功能相結合。T30HM1TS2500 實現(xiàn)了安森美獨有的幾項 10BASE-T1S 功能，包括：

PLCA 協(xié)調器冗余

單對多點網(wǎng)絡拓撲需要采用半雙工通信方案，同一時刻僅允許一個節(jié)點正常通信；若多個節(jié)點同時發(fā)送數(shù)據(jù)，將引發(fā)沖突并造成兩個發(fā)送站的數(shù)據(jù)損壞，導致傳輸無法使用。

傳統(tǒng)以太網(wǎng)總線拓撲中，解決此類沖突的唯一標準方案為載波偵聽多路訪問/沖突檢測 (CSMA/CD) 協(xié)議。CSMA/CD 機制要求設備在發(fā)送前先偵聽信道，一旦檢測到?jīng)_突則隨機退避并重傳，最多重試 16 次。這種處理問題的方法不具有確定性，效率低下。底層的退避機制會導致每次嘗試后等待時間加倍。與其說是仲裁，不如說是一種盡力而為的方法。

圖2：PLCA 中的事件順序

如圖2 所示，在由六個節(jié)點共享的總線上，協(xié)調器節(jié)點會發(fā)送一個時長為 2 μs 的短幀專用符號，用于標識傳輸周期的起始。當接收到信標信號時，連接的節(jié)點（也稱為跟隨節(jié)點）會同步到該傳輸周期。

每個站點均分配有唯一的 PLCA ID，只有當站點的 ID 與當前的傳輸機會編號匹配時，才允許該站點傳輸數(shù)據(jù)。在預先設定的傳輸機會次數(shù)用完后，協(xié)調器會發(fā)送新的信標信號來重置周期。該機制可從根本上避免沖突，并有助于最大限度地提高吞吐量。

因此，不再需要耗時的 CSMA/CD 退避機制，PLCA 使 10BASE-T1S 網(wǎng)絡成為了具備輪詢仲裁能力的網(wǎng)絡。PLCA 協(xié)調器冗余功能采用安森美自主研發(fā)并獲得專利的冗余協(xié)調器方案，可有效抵御故障，且能夠與其他廠商產品完全互操作。如此一來，即便指定的協(xié)調器出現(xiàn)異常，網(wǎng)絡中仍有節(jié)點可接管，確?？偩€上所有節(jié)點的 PLCA 功能正常運行。

由于協(xié)調器冗余由 PLCA 協(xié)調層處理，主機無需了解或參與具體的操作，只需通過簡單的寄存器寫入即可啟用。與其他方案不同，安森美 PLCA 協(xié)調器冗余功能不會永久轉移協(xié)調器角色；換句話說，冗余協(xié)調器僅在專用協(xié)調器無法提供信標時才處于活動狀態(tài)。只需在 10BASE-T1S 網(wǎng)段中添加一個安森美 MAC-PHY 器件 (T30HM1TS2500)，即可為協(xié)調器提供備份，顯著提升網(wǎng)段容錯能力。

安森美的協(xié)調器冗余功能支持按層級順序部署多個冗余協(xié)調器，數(shù)量可與跟隨節(jié)點保持一致，優(yōu)先級由 PLCA ID 決定，ID 越小優(yōu)先級越高。當某個協(xié)調器故障時，下一個冗余協(xié)調器將接管；一旦原來的協(xié)調器恢復正常運行，所有冗余協(xié)調器將立即恢復到“待命”狀態(tài)。整個過程無需上層軟件干預，對物理層以上各層完全透明。

增強型信號質量指數(shù) (SQI+)

OPEN Alliance 推出了 SQI 指標（有時稱為信號質量指標），供節(jié)點上報所接收信號的信噪比等級。安森美將 OPEN Alliance 定義的 SQI 等級從 8 級擴展至 32 級。憑借更精細的分級，網(wǎng)絡監(jiān)控器能夠更準確地檢測出網(wǎng)絡布局錯誤、端接不當、因線纜或組件故障和老化導致的信號劣化等異常情況。

這項增強特性使網(wǎng)絡固件能夠持續(xù)監(jiān)控信號劣化和故障風險，包括網(wǎng)絡布局錯誤、信號端接不當，或是因線纜和線束故障和老化而反復出現(xiàn)的問題。

增強型抗噪聲功能 (ENI)

增強型抗噪聲功能 (ENI) 可在強噪聲環(huán)境下保障信號完整性。此功能利用了 PLCA 可完全避免總線沖突的機制，傳輸介質中所有與信號無關的能量均可被準確識別為噪聲并濾除。在 10BASE-T1S 網(wǎng)絡中，ENI 技術可使設備在噪聲水平遠超 IEEE 規(guī)范的條件下仍保持穩(wěn)定通信，為大網(wǎng)絡覆蓋范圍、增加節(jié)點數(shù)量鋪平道路?；诎采?10BASE-T1S 收發(fā)器的實驗表明：在同時啟用 ENI 與 PLCA 功能時，系統(tǒng)可在線纜長度超過 150 米的條件下實現(xiàn)可靠通信。

線束缺陷檢測 (HDD)

安森美 10BASE-T1S 收發(fā)器集成內置線纜故障診斷功能，可通過識別信號特征，判定以下故障類型：單線/雙線開路、單線/雙線對電源或對地短路、缺失單端/雙端端接。

圖3：五節(jié)點總線中可使用 HDD 檢測的線束缺陷位置示意圖

安森美 10BASE-T1S 收發(fā)器，是首批依據(jù) OPEN Alliance TC14 高級 PHY 診斷規(guī)范來實現(xiàn)線束缺陷檢測 (HDD) 功能的產品。如圖3所示，在總線上所有節(jié)點都處于靜默狀態(tài)時，可通過主機控制器的 PHY 管理接口 (MDIO)，將總線短時（僅數(shù)毫秒）切入專用診斷模式。HDD 支持對線束完整性執(zhí)行按需式健康檢測。

能效模式

為了確保 IVN 能夠利用低功耗模式并隨時響應喚醒調用，安森美將收發(fā)器設計為全面兼容休眠/喚醒 (TC10)、本地喚醒輸入、本地喚醒轉發(fā)及用于穩(wěn)壓器控制的抑制輸出等模式。借助上述模式，設備可在無數(shù)據(jù)幀傳輸時進入低功耗休眠狀態(tài)，并在需要處理傳輸任務時即刻喚醒。

在休眠模式下，安森美 10BASE-T1S 收發(fā)器的喚醒功能可由高達 48V 的電壓供電，工作電流低至 20 μA。

汽車與工廠網(wǎng)絡性能的未來

如今，軟件定義汽車乃至延伸而來的軟件定義工廠，不僅有望實現(xiàn)從核心到邊緣的確定性、高可靠性能，更已具備落地條件，可降低系統(tǒng)復雜度與成本。而要實現(xiàn)這一目標，需要專為邊緣場景設計的以太網(wǎng)方案，而非基于企業(yè)網(wǎng)絡模型改造而來的方案。

10BASE?T1S 正是為此而生：它將以太網(wǎng)的可靠性與可擴展性延伸至邊緣節(jié)點，支持多點總線連接，實現(xiàn)帶寬的高效利用。通過搭載完整的功能特性，10BASE?T1S 在簡化網(wǎng)絡設計的同時，可充分滿足現(xiàn)代汽車與工業(yè)制造設備對實時響應和高性能的嚴苛要求。

安森美的 T30HM1TS2500 10BASE-T1S MAC-PHY 產品，正是為實現(xiàn)上述目標而精心打造。安森美產品兼具先進的診斷能力與高能效特性，全面兼容相關標準，為下一代 IVN 與工廠車間網(wǎng)絡奠定了堅實可靠的技術基石。安森美 10BASE-T1S 收發(fā)器既能支撐當前可擴展架構的落地，也為未來的性能升級預留了充足空間。