工業用イーサネットの物理層(PHY)に必要な特性とは

イーサネットは1970年代の登場から大きく進化を遂げるとともに、オフィスネットワークを中心に広く普及されています。近年加速するインダストリー4.0において、日々増加する情報の通信を支えている技術が工業用イーサネットです。

工業用イーサネットは、高温、振動、騒音、ノイズといった過酷な工業環境においても特定のデータを正確かつ確実に送受信するため、オフィスなどで使われる標準的なイーサネットよりも高い堅牢性が必要です。


アナログ・デバイセズ社が提供する工業用イーサネットPHY ADIN1200とADIN1300は以下の3つの特長で、より正確・確実な工業用イーサネット通信を実現します。

 

・業界をリードする優れた遅延性能
・工業用途に対応した動作温度範囲とEMC特性
・気密性の高い環境に適した低消費電力

業界をリードする優れた遅延性能

ADIN1200/ADIN1300は、業界をリードする低い遅延性能を備えています。
これにより、ネットワークサイクルタイムを短縮、ネットワークリフレッシュ時間を改善しより多くのデバイスのネットワーク接続を可能にすることで工業用イーサネットに必要な要件となる、動作制御と安全の確保性を高めます。
ADIN1200/ADIN1300それぞれの遅延性能は以下の通り規定されており、他メーカーと比較して約20%以上遅延が低減されています。

ADIN1200

伝送方式

 

Min

Typ

Max

100BASE-TX MII

TX Latency

   

52ns

RX Latency

   

248ns

Total Latency

   

300ns

100BASE-TX RGMII(1)

TX Latency

84ns

88ns

92ns

RX Latency

   

250ns

Total Latency

334ns

338ns

342ns

100BASE-TX RGMII(2)

TX Latency

84ns

104ns

124ns

RX Latency

   

250ns

Total Latency

334ns

354ns

374ns

100BASE-TX RMII

TX Latency

72ns

 

92ns

RX Latency

328ns

348ns

368ns

Total Latency

400ns

430ns

460ns

(1):Tx FIFOが同期動作用にプログラムされている場合
(2):MAC送信クロックがADIN1200基準クロックおよびTx FIFOと同期する必要がない場合

ADIN1200の低い遅延性能(出典:ADIN1200 データシートより抜粋)

ADIN1300

伝送方式

 

Min

Typ

Max

1000BASE-T RGMII

TX Latency

60ns

64ns

68ns

RX Latency

   

226ns

Total Latency

286ns

290ns

294ns

100BASE-TX MII

TX Latency

   

52ns

RX Latency

   

248ns

Total Latency

   

300ns

100BASE-TX RGMII(1)

TX Latency

84ns

88ns

92ns

RX Latency

   

250ns

Total Latency

334ns

338ns

342ns

100BASE-TX RGMII(2)

TX Latency

84ns

104ns

124ns

RX Latency

   

250ns

Total Latency

334ns

354ns

374ns

100BASE-TX RMII

TX Latency

72ns

 

92ns

RX Latency

328ns

348ns

368ns

Total Latency

400ns

430ns

460ns

(1):Tx FIFOが同期動作用にプログラムされている場合

(2):MAC送信クロックがADIN1300基準クロックおよびTx FIFOと同期する必要がない場合

ADIN1300の低い遅延性能(出典:ADIN1300 データシートより抜粋)

工業用途に対応した動作温度範囲とEMC特性

ADIN1200/ADIN1300は広い温度範囲での動作が保証されています。

また、さまざまなEMI/EMC/ESD規格にも準拠しているので、工場内などの過酷な環境下においても堅牢な性能を発揮します。

 

ADIN1200

ADIN1300

通信速度

10BASE-T

100BASE-TX

IEEE® 802.3™

10BASE-Te

100BASE-TX

1000BASE-T

IEEE® 802.3™

MAC Interface

MII/RMII/RGMII

MII/RMII/RGMII

パッケージ

32-lead LFCSP

40-lead LFCSP

動作温度範囲

–40°C to +105°C

–40°C to +105°C

EMCテスト準拠規格

IEC 61000-4-5サージ(±3kV)

IEC 61000-4-4電気高速トランジェント(EFT)(±4kV)

IEC 61000-4-2 ESD(±6kVの接触放電)

IEC 61000-4-6伝導耐性(10V)

EN55032放射妨害波(クラスA)

EN55032伝導放射(クラスA)

IEC 61000-4-5サージ(±3kV)

IEC 61000-4-4電気高速トランジェント(EFT)(±4kV)

IEC 61000-4-2 ESD(±6kVの接触放電)

IEC 61000-4-6伝導耐性(10V)

EN55032放射妨害波(クラスA)

EN55032伝導放射(クラスA)

 

ADIN1200/ADIN1300の動作温度範囲とパッケージ、準拠規格一覧

気密性の高い環境に適した低消費電力

多くの工業用アプリケーションは、埃・塵や湿気・水などから内部のデバイスを守るために密封されています。

そのため、デバイスの熱を逃がすエアフローがないことから、消費電力を考慮した設計が必要です。

とくに周囲の環境温度が高い工業用アプリケーションにおいては、広い動作温度範囲の他に、低消費電力が重要な要素となります。

ADIN1200/ADIN1300の消費電力は以下の通り規定されており、他社製品と比較して約30%以上もの消費電力が低減されています。

 

伝送方式(RGMII)

消費電力(typ)

I/O電源電圧

ADIN1200

100BASE-TX

175mW

3.3V

155mW

2.5V

139mW

1.8V

ADIN1300

1000BASE-T

425mW

3.3V

370mW

2.5V

332mW

1.8V

100BASE-TX

159mW

3.3V

148mW

2.5V

140mW

1.8V

 

ADIN1200/1300の低い消費電力(出典:ADIN1200/ADIN1300 データシートより抜粋)

ADIN1200/ADIN1300の主要な機能を簡単に評価できる評価ボード

ADIN1200/ADIN1300には、主要な機能を簡単に評価できる5V単電源の評価ボードが用意されています。

評価ボードには、MACンターフェースおよびMDIOコントロール用のマスタFPGAシステムへの接続用に、FMCが用意されています。

また、同梱のADuCM3029が搭載されたオプションのMDIOインターフェース・ドングルにより、MDIOを制御することもできます。

 

超低消費電力でIoTアプリケーションに最適なADuCM3029の特徴は、以下の記事でご確認いただけます。

ADIN1200/ADIN1300の主な機能は以下になります。


・10BASE-Te/100BASE-TX IEEE® 802.3™準拠MII、RMIIおよびRGMII MACインターフェース(ADIN1200)
・10BASE-Te/100BASE-TX/1000BASE-T IEEE® 802.3™準拠MII、RMIIおよびRGMII MACインターフェース(ADIN1300)
・100BASE-TX RGMII遅延:TX < 124ns、RX < 250ns(ADIN1200)
・100BASE-TX MII遅延:TX < 52ns、RX < 248ns(ADIN1200)
・1000BASE-T RGMII遅延:TX < 68ns、RX < 226ns(ADIN1300)
・100BASE-TX MII遅延:TX < 52ns、RX < 248ns(ADIN1300)
・EMC試験規格:
   IEC 61000-4-5サージ(±3kV)
   IEC 61000-4-4電気高速トランジェント(EFT)(±4kV)
   IEC 61000-4-2 ESD(±6kVの接触放電)
   IEC 61000-4-6伝導耐性(10V)
   EN55022放射妨害波(クラスA)
   EN55022伝導放射(クラスB)
・マルチレベル・ピン・ストラップを使用した非管理構成
・IEEE 802.3az準拠のEnergy Efficient Ethernet(EEE)
・IEEE 1588 Start-of-Frame検出
・設定可能LED
・水晶発振器/25MHzクロック入力(RMII用は50MHz)
・25MHz/125MHz同期クロック出力
・小型パッケージと広い動作温度範囲
   32ピン(5mm x 5mm)LFCSP(ADIN1200)
   40ピン(6mm x 6mm)LFCSP(ADIN1300)
   -40°C~+105°Cの周辺温度で動作仕様規定
・低消費電力
   139mW(100BASE-TX) 3.3V/2.5V/1.8V MACインターフェースVDDIO電源(ADIN1200)
   単電源動作:3.3V VDDIO(ADIN1200)
   332mW(1000BASE-T)(ADIN1300)
   140mW(100BASE-TX)(ADIN1300)
   3.3V/2.5V/1.8V MACインターフェースVDDIO電源(ADIN1300)
   電源モニタとPORを内蔵

アプリケーション例

・ファクトリーオートメーション
・産業用ロボティクス
・ビルディング・オートメーション

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