【導讀】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核心訴求。10BASE-T1S作為專為車載與工業場景打造的以太網技術，為破解車載網絡瓶頸統一提供了關鍵方案。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絡的發展痛點、精簡型以太網的行業需求等，本文將重點介紹10BASE-T1S芯片。
（一）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。這款收發器采用高性價比的階梯式可潤濕側翼QFNW20（4mm×4mm）封裝，基于雙極CMOS/DMOS（BCD）65nm工藝打造，可將高壓模擬功能與高密度數字功能相結合。T30HM1TS2500實現了安森美獨有的幾項10BASE-T1S功能，包括：
(1) PLCA協調器冗余
單對多點網絡拓撲需要采用半雙工通信方案，同一時刻僅允許一個節點正常通信；若多個節點同時發送數據，將引發沖突并造成兩個發送站的數據損壞，導致傳輸無法使用。
傳統以太網總線拓撲中，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）協議。CSMA/CD機制要求設備在發送前先偵聽信道，一旦檢測到沖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，在由六個節點共享的總線上，協調器節點會發送一個時長為2μs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，連接的節點（也稱為跟隨節點）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據。在預先設定的傳輸機會次數用完后，協調器會發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網絡成為了具備輪詢仲裁能力的網絡。PLCA協調器冗余功能采用安森美自主研發并獲得專利的冗余協調器方案，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，即便指定的協調器出現異常，網絡中仍有節點可接管，確保總線上所有節點的PLCA功能正常運行。
由于協調器冗余由PLCA協調層處理，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協調器冗余功能不會永久轉移協調器角色；換句話說，冗余協調器僅在專用協調器無法提供信標時才處于活動狀態。只需在10BASE-T1S網段中添加一個安森美MAC-PHY器件（HM1TS2500），可為協調器提供備份，顯著提升網段容錯能力。
安森美的協調器冗余功能支持按層級順序部署多個冗余協調器，數量可與跟隨節點保持一致，優先級由PLCA ID決定，ID越小優先級越高。當某個協調器故障時，下一個冗余協調器將接管；一旦原來的協調器恢復正常運行，所有冗余協調器將立即恢復到“待命”狀態。整個過程無需上層軟件干預，對物理層以上各層完全透明。
(2) 增強型信號質量指數（SQI+）
OPEN Alliance推出了SQI指標（有時稱為信號質量指標），供節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，網絡監控器能夠更準確地檢測出網絡布局錯誤、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。
這項增強特性使網絡固件能夠持續監控信號劣化和故障風險，包括網絡布局錯誤、信號端接不當，或是因線纜和線束故障和老化而反復出現的問題。
(3) 增強型抗噪聲功能（ENI）
增強型抗噪聲功能（ENI）可在強噪聲環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網絡中，ENI技術可使設備在噪聲水平遠超IEEE規范的條件下仍保持穩定通信，為大網絡覆蓋范圍、增加節點數量鋪平道路。基于安森美10BASE-T1S收發器的實驗表明：在同時啟用ENI與PLCA功能時，系統可在線纜長度超過150米的條件下實現可靠通信。
(4) 線束缺陷檢測（HDD）
安森美10BASE-T1S收發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收發器，是首批依據OPEN Alliance TC14高級PHY診斷規范來實現線束缺陷檢測（HDD）功能的產品。如圖3所示，在總線上所有節點都處于靜默狀態時，可通過主機控制器的PHY管理接口（MDIO），將總線短時（僅數毫秒）切入專用診斷模式。HDD支持對線束完整性執行按需式健康檢測。
(5) 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、本地喚醒轉發及用于穩壓器控制的抑制輸出等模式。借助上述模式，設備可在無數據幀傳輸時進入低功耗休眠狀態，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收發器的喚醒功能可由高達48V的電壓供電，工作電流低至20μA。
（二）汽車與工廠網絡性能的未來
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，可降低系統復雜度與成本。而要實現這一目標，需要專為邊緣場景設計的以太網方案，而非基于企業網絡模型改造而來的方案。
10BASE-T1S正是為此而生：它將以太網的可靠性與可擴展性延伸至邊緣節點，支持多點總線連接，實現帶寬的高效利用。通過搭載完整的功能特性，10BASE-T1S在簡化網絡設計的同時，可充分滿足現代汽車與工業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與工廠車間網絡奠定了堅實可靠的技術基石。安森美10BASE-T1S收發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。
