SPEの本当に意味するもの - Microchipが説明するシングルペアEthernet
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単なるEthernetトランシーバ（PHY）であり、物理レイヤ2-7は変わりません
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SPE（シングルペアEthernet）は「T1」（1つのツイストペア線）とも表記されます
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複数の帯域幅：10BASE-T1S、10BASE-T1L、100BASE-T1、1000BASE-T1、2.5/5/10GBASE-T1
動機 - Ethernetは成功事例です
セキュリティ
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リスト項目
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信頼性の高い規格を提供（MACsec、IPsec）
安全性
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ノードによるネットワークのフラッディングを防止
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決定論的な振る舞い
同期
- 全ノードに単一のタイムベース
ソフトウェア定義のシステム
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サービスを提供するだけのセンサ、アクチュエータ
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サービス上で動作する独立したアプリケーション
配線
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ゾーンアーキテクチャによるケーブルの短縮
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ワイヤハーネスの機械製作が可能に
ゲートウェイ無し
- ゲートウェイの代わりにスイッチを使用
マルチドロップ
- PHY数の削減
- ケーブルの削減
- スイッチポートが少ない
- 簡単なUTPケーブル配線
低帯域幅から高帯域幅まで拡張可能
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共通ネットワークソフトウェアスタック
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物理層（PHY）に依存しない
なぜシングルペアEthernetなのか？
シングルペアEthernetにより、システムコスト、重量、および配線の複雑さを削減
IEEE 802.3cg – 10BASE-T1Sおよび10BASE-T1L
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1つの2芯ケーブルで10Mbit/s接続
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10BASE-T1S：短距離通信（25m）、マルチドロップバスラインまたはポイントツーポイント接続
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10BASE-T1L：長距離通信（1km）、ポイントツーポイント接続
IEEE 802.3bw – 100BASE-T1
- シングルペアケーブルで100Mbit/s
IEEE 802.3bp – 1000BASE-T1
- シングルペアケーブルで100Mbit/s
IEEE 802.3ch – 2.5/5/10GBASE-T1
- シングルペアケーブルで2.5Gbit/s、5Gbit/s、10Gbit/s
ネットワークのメガトレンド
アプリケーションの課題に対応する、より強力で柔軟なネットワーク
Ethernetの動向
ゾーンアーキテクチャが配線と接続を簡素化
拡張性の高い通信インフラを実現するEthernet
全デバイスへのアクセスを可能にするシングルペアデータ伝送技術
Ethernetは、クラウドとエッジのインフラストラクチャを接続することが可能です
PLCA
バスラインのデータスループットの最適化
目標
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帯域のフル活用
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待ち時間の短縮
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サービス品質（Quality of Service、QoS）
原理
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メディアへのアクセスを整理することで、メディア上での物理的な衝突を回避します
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物理層衝突回避（Physical Layer Collision Avoidance、PLCA）と呼ばれます
方法
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送信機会を所有する PHY のみがデータ送信を許可されます
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送信機会はラウンドロビン方式で与えられます
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PLCAコーディネータノードがBEACONを送信すると、新しい送信機会のサイクルが始まります
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CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection）のトップで動作します
応用例
自動車ゾーンアーキテクチャ
• ドア
• バンパー
• シートゾーン
• ルーフ
• エンジンルーム
• バッテリ
• その他
10BASE-T1Sゾーンアーキテクチャを有効化
• ドアゾーンの例
• ウィンドウリフタ
• ミラーコントロール
• スピーカ
• ロック
• 超音波
• アンビエント照明
• 表示灯
エッジにおけるセンサとアクチュエータ
センサ
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超音波
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レーダ
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マイク
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駆動装置
アクチュエータ
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光
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スピーカ
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電動機
• ファクトリオートメーション
• センサ
• アクチュエータ
• 組立ライン
• パッケージ
産業用
キャビネットラック内
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ラック内のシステム内管理インターフェース
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ファン、温度センサ、電圧モニタ、DC/DCコンバータ、光モジュールなど
制御ユニット
- スイッチ（ON/OFF）、ボタン、コンバータ、リレー、入出力カードなど
ビルオートメーション
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照明アプリケーション
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エレベータ
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暖房、換気および空調（HVAC）
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センサ
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シェード
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ソーラーシステム
医療用
病室、手術室および検査室設備
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スマートベッド
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バイタルサインセンサ：温度（体温）、圧力（血圧）、液体流量（脈拍）、気体流量（呼吸）
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監視装置
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プラグインアタッチメント用監視装置のバックプレーン
装置のラック
- 輸液ポンプ
診断装置
サーバ
ネットワーク装置
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サーバ、スイッチのシステム内管理インターフェース
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ファン、温度センサ、電圧モニタ、DC/DCコンバータ、光モジュールなど
コンピュータサーバのバックプレーン
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設定/監視用のコントロールプレーン
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スロット
10BASE-T1S Ethernet PHY LAN8670B1-E/LMX / LAN8671B1-E/U3B / LAN8672B1-E/LNX
IEEE規格802.3cg™-2019に準拠した設計
1つのツイストペアケーブルで10Mbps
最大通信距離は15m以上の半二重ポイントツーポイントセグメント
最大ノード数は8以上、最大通信距離は25m以上の半二重マルチドロップセグメント
高い帯域幅の利用率と待ち時間の最適化
物理層衝突回避（Physical Layer Collision Avoidance、PLCA）
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ノード毎に複数のPCLA ID
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バーストモード
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CSMA/CD
標準インターフェース
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MII
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RMII
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高速レジスタアクセス用のSMI（MDIO、MDC）
最小のフットプリント
ウェッタブルフランクを備えたVQFNパッケージ
LAN8670 32ピン（5x5 mm）
LAN8671 2ピン（4x4 mm）
LAN8672 36ピン（6x6 mm）
拡張温度範囲
-40°C～+125°C
車載用、AEC-Q100認定を適用可能
LAN8650/LAN8651 – LAN8650B0-E/LMX / LAN8651B0T-E/LMX
SPI付き10BASE-T1S MAC-PHY Ethernetコントローラ
IEEE規格802.3cg-2019™ に準拠した設計
1つのツイストペア導体で10Mbps
最大通信距離は15m以上で、半二重ポイントツーポイントセグメント
最大ノード数は8以上で、最大通信距離は25mの半二重マルチドロップセグメント
高い帯域幅利用率
物理層衝突回避（Physical Layer Collision Avoidance、PLCA）
バーストモード
CSMA/CD
標準インターフェース
シリアルペリフェラルインターフェース（SPI）
OPEN Allianceの10BASE-T1x MAC-PHY Serial Interface仕様V1.1に準拠した設計
最大25MHzのクロックレートをサポート
10BASE-T1S評価ボードとMPLABTM Harmony
10BASE-T1S PHY RMII評価ボードEVB-LAN8670-RMII
多くのMicrochip MCUボードに適合
小型フォームファクタ
MicrochipDirectおよびDigiKeyから入手可能 EV06P90A
10BASE-T1S PHY USB評価ボードEVB-LAN8670-USB
すべてのUSBホストを潜在的な10BASE-T1Sノードにします
Linux用ドライバ
MicrochipDirectおよびDigiKeyから入手可能 EV08L38A
10BASE-T1S MAC-PHY SPI評価ボード
click boardsTMとSPIインターフェースをサポートする各種Microchipの評価キットのEthernet通信を可能にします
MikroE（www.mikroe.com）から入手可能
MPLAB Harmony v3の開発フレームワーク
Microchipのマイクロコントローラおよびマイクロプロセッサの開発フレームワークへの統合
Microchip 10BASE-T1Sの参考資料
10BASE-T1S専用ウェブページ
https://www.microchip.com/en-us/solutions/ethernet-technology/single-pair-ethernet/10base-t1s
製品ページ、データシート、動画、およびMicrochip University Classへのリンクが含まれています
Microchip University classでの10BASE-T1S入門
https://mu.microchip.com/10base-t1s-single-pair-ethernet-system-integration
シングルペアEthernetシステムアライアンスの業界情報は、以下をご参照ください
Home - Single Pair Ethernet System Alliance
まとめ
10BASE-T1S技術により、低速機器を標準Ethernetネットワークに接続することが可能になり、専用の通信システムが不要になります。
現在実装されているすべてのEthernetネットワークにより、IT および OTネットワーク全体のデータに簡単にアクセスできるようになり、よく知られたセキュリティ メカニズムを使用してソフトウェア定義のパーティショニングが可能になり、データ分析が簡素化されます。
最も単純なMCUとのインターフェースであっても、設計全体のサイズとコストが削減されます。
Microchipの包括的な10BASE-T1Sソリューションは、Time Sensitive Networking（TSN）のサポートと動作温度の拡張により、小型フォームファクタのデバイスで顧客とアプリケーションのニーズをサポートします。
「機能安全（FuSa）Ready」とは、これらの製品で設計されたシステムが、要求される機能安全仕様を満たすことができることを意味します。