以太网has a long history of successful application in the office and commercial environments. Over the past several years, Ethernet found a new home in industrial applications, including automotive.
由于其广泛的可用性，低成本和可靠的性能，以太网非常适合工业应用。但是，没有一些挑战就没有消失。应对这些挑战的重点是拥有网络的丰盛物理层（PHY），其中包括以太网收发器和物理电缆。接下来是一种满足标准以太网局限性的解决方案，使其非常适合工业用途。
工业以太网
以太网的工业用途包括计算机与其他网络设备之间的互连，例如机器人，CNC机床，生产线设备，电动机和控制器，开关设备，可编程逻辑控制器（PLC），人界面设备（HIDS）等。另一个用例是智能电网。逐渐地，以太网由于其速度和易于发挥的性质而取代了较旧的网络技术。
以太网也正在努力进入汽车应用程序。当今的车辆包含各种必须网络的电子子系统。传感器，发动机控制器，制动和稳定系统，信息娱乐中心，导航和其他子系统必须相互交谈。一些较新的子系统包括备用摄像头，车道出发警告，自动制动，自适应巡航控制以及即将出现的自动驾驶设备。车载诊断（OBD II）端口也已网络。
最近，网络由控制器区域网络（CAN）及其更快的表弟CAN-FD处理。这是一个竞技场，以太网逐渐取代旧技术（在这种情况下可以），因为它更快并提供较低的延迟。
总体而言，以太网正在成为行业和汽车应用中的事实上的网络技术。激增的主要因素是，芯片和设备供应商已经学会了如何克服工业环境中遇到的问题。
工业环境的危险
工业和汽车环境很严重。很多时候，它们的周围环境涉及温度升高，机械压力，脏条件以及潜在暴露于有毒物质。工业环境也经常会耐力电噪声和非常高的电压。硬件供应商已经学会了要硬化组件和设备，以便它们生存。以太网的PHY组件还必须处理这些条件，并满足其他需求。现代以太网PHY的关键要求包括：
•ESD保护：静电放电是经常在工业环境中发生的电流脉冲。它不仅会破坏网络中的数据流，而且可能会损害电子设备。ESD脉冲可以达到数千伏，可能导致电子设备的隐形但灾难性破坏。良好的以太网PHY将包括外部或内部ESD抑制成分。
•EMI mitigation:电磁干扰是电缆和设备中电流流以及随后的磁辐射产生的噪声。EMI是由数字，开关模式电源和电缆的任何数字，开关模式生成的。在电缆中，电感和电容耦合可以轻松地将信号从一个实体传输到另一个实体，从而导致数据误差和其他破坏。这也称为串扰。良好的接地，屏蔽，电缆放置和过滤实践可以最大程度地减少EMI。
设备必须符合EMI和电磁兼容性（EMC）标准，由监管机构设定联邦通信委员会（FCC），，，，欧洲标准化委员会（CEN）， 和COMITé国际Spécialdes pertubationsroadeélectriques（CISPR）。EMC refers to the equipment’s ability to operate successfully in a high EMI environment and simultaneously not generate EMI of its own that could interfere with others.
•Low latency:延迟是网络上数据包从发射器到接收器传播所需的时间。延迟是在PHY收发器，物理介质，开关和集线器以及网络固有操作中确定的。它可能会差异很大，但是不幸的是，许多工业应用都需要关键的时机。任何延迟都应简短而确定性。机器必须快速响应命令或同步以进行正确操作。一般而言，长期，不可预测的延误不能容忍。
This generic Ethernet PHY configuration connects using unshielded twisted pair (UTP) or optionally via fiber using a fiber-optic transceiver module.
事实证明,以太网是不确定的nks to its inherent characteristics and access method—carrier-sense multiple access with collision detection (CSMA/CD). Fortunately, this problem has been corrected by incorporating the IEEE 1588 Precision Time Protocol (PTP). It’s a combined hardware/software solution that must be supported by the PHY transceivers.
•力量consumption:以太网收发器s are notoriously power hungry. A common 10/100-Mb/s transceiver can consume up to 300 mW, and a typical 10/100/1000-Mb/s transceiver can eat up over a watt. If many Ethernet ports are involved, power consumption can become a problem. However, modern equipment addresses this problem in two distinct ways:
1.实施节能以太网（EEE）标准，IEEE 802.3AZ。EEE是一种涉及PHY和以太网媒体访问控制（MAC）网络层的方法。在低通道使用时间时，它消除了空闲信号。通过避免在低流量期间连续传输空闲符号的实践，在安静的传输期间，电路的一部分被关闭。
2. The Wake-on-LAN (WoL) protocol keeps the PHY transceiver active but shuts down connected components, such as any MCU, FPGA, or ASIC, to save power. An active PHY can then notify and wake up the support devices upon detection of activity.
看一下PHY
PHY是电缆介质和收发器。以太网802.3标准提供多种连接媒体，包括未遮盖的扭曲对（UTP），同轴电缆，背板和光纤。最广泛使用的是UTP，它具有多种版本，例如Cat5，Cat5e，Cat6和Cat7。选择取决于以太网的速度版本。由于最多的10/100-mb/s标准是CAT5 UTP在工业应用中最常见。当需要更高速度时，尽管10G和100G版本没有发挥作用，但也将使用千兆以太网。
廉价且易于使用的UTP可以在100米的距离内运行。但是，在较长的电缆运行中，它容易受到串扰和噪音的影响。当必须覆盖更长的距离时，纤维是最佳选择。它可以可靠地传输大约1000米的数据包，并且完全免疫任何EMI。
关于收发器，它当然必须符合完整的802.3标准。它必须符合10BASE-T，100BASE-TX和100BASE-FX配置，以确保设备的互操作性。此外，收发器必须具有低功耗，节能功能，例如EEE和WOL，EMI最小化和ESD保护以及低延迟特性。这figure显示典型的PHY收发器应用。
这transceiver is a single IC that connects to the controller with its MCU, FPGA, or ASIC by way of the media-independent interface (MII). MII is defined in several versions that dictate the number of parallel connections and the clock speeds: original base MII, reduced MII (RMII), Gigabit MII (GMII), and reduced Gigabit MII (RGMII). The network MAC function is implemented in the controller.
25 MHz时钟可操作收发器；外部LED表示多种操作条件。收发器通过变压器和RJ45连接器连接到UTP介质。对于纤维介质，可以选择光纤收发器模块。
满足所有这些要求的收发器IC是Texas Instruments’ DP83822。DP83822旨在满足坚固且高性能应用的需求，同时仍提供各种选择，以最大程度地减少功耗。核心功能包括：
•符合10/100 MB/S以太网标准
•MII，RMII和RGMII MAC接口
•单一供应1.8或3.3 V
•低功耗：<120 MW（1.8 V）或<220 MW（3.3 V）
•–40至 +125°C的工业温度范围
•±8-KV和±16 kV ESD保护
•开始框架检测IEEE 1588 PTP的支持
•提供EEE和WOL的节能支持
该IC的其他变体可提供不同的MAC接口选项，软件包类型，一个GIG 1000 mb/s版本和双端口设备。
TI also offers an EMI/EMC-compliant 10/100-Mb/s reference design called the以太网Brick。这Brick reference design provides a simplified solution that eliminates the need to have multiple boards for copper or fiber interfaces. It uses the DP83822 10/100-Mb/s Ethernet transceiver to reduce board size for a cost-optimized and scalable solution with reduced power consumption in high-temperature industrial applications.
