10BASE-T1Sとは

EthernetはIEEE802.3で標準化され、10BASE-T、100BASE-TX、1000BASE-Tは様々なシステムで採用され、機器のネットワーク化に広く貢献してきました。
10BASE-T1Sは、このEthernetを応用した新規格で、2020年2月にIEEE802.3cgによって標準化され、公開されています。
次世代の産業用ネットワーク、車載ネットワークとして活用でき、以下の特長やメリットがあります。

10BASE-T1Sの特長

①ケーブル

10BASE-T1Sは、従来のEthernet技術を継承しながら2芯1対のツイストペアケーブル(UTP/STP)を使用した通信が行えるシングルペアイーサネットとも呼ばれています。
これによりCATケーブルを使用するEthernetよりケーブルコストのコストダウンを図ることができます。

②コネクタ周辺構成

10BASE-T1Sでは、PHYとコネクタ間の周辺部品としてパルストランスを使用せず、AC結合用のコンデンサ(一例として100nF程度)に置き換わります。これにより、パルストランスが不要となり、RJ45コネクタの小型化、コストダウンも可能になります。

③マルチドロップ

10BASE-T1SはEthernetをベースとした規格ですが、スター型ではなくマルチドロップ接続に対応しています。

図1. 8つのノードを接続する場合の比較イメージ図

(100BASE-TXではPHYが18 個必要なのに対し、10BASE-T1Sでは9個のPHYで構成が可能です。)

マルチドロップ接続は、RS-485やCANなどでも採用されています。

表1. 10BASE-T1Sとその他の通信方式比較

規格	IEEE802.3u	IEEE802.3cg	ISO11898 ISO11519	ISO11898-2	TIA/EIA-485
	100BASE-TX	10BASE-T1S	CAN2.0B	CANFD	RS-485
通信速度(最大)	100Mbps	10Mbps	1Mbps *通信距離が長くなると速度が低下	規定なし *例 2Mbps, 5Mbps, 8Mbps	10Mbps *通信距離が長くなると速度が低下
通信距離(最長)	100m	25m	40m (@1Mbps)	*一般公開されている情報なし	1200m
接続方法	・1対1 ・スター型	・1対1 ・マルチドロップ接続	マルチドロップ接続	マルチドロップ接続	マルチドロップ接続
ケーブル	UTP（カテゴリー5）	2芯1対のツイストペアUTP/STP	ツイストペアケーブル	ツイストペアケーブル	ツイストペアケーブル
	STP（IBM Type1, 2）
アクセス 制御方式	CSMA/CD	CSMA/CD, PLCA	CSMA/CA	CSMA/CA	ソフトウェアで制御
Ethernet システムからの プロトコル変換	不要	不要	必要	必要	必要
用途	産業機器/ 民生機器	車載機器/ 産業機器	車載機器/ 産業機器	車載機器	産業機器

表 1 より10BASE-T1Sは10Mbpsでマルチドロップ接続が可能です。
現在のシステムは基幹ネットワークがEthernetで構成されていることが多いため、10BASE-T1Sを活用することでプロトコル変換が不要になります。これらの特長により、10BASE-T1Sは1Mbps以上のスループットを要求するRS-485、CAN2.0の次世代規格として注目されています。

④PHY

10BASE-T1Sでは、他のEthernetで使っているEthernet MACやプロトコルスタックをそのまま使うことができます。
図2のように物理層(PHY層)を10BASE-T1S専用PHYを使用することでEthernet MACやソフトウェアスタックなど従来のEthernet資産を流用することができます。物理層衝突回避機能(PLCA)は10BASE-T1S専用PHY側に内蔵されています。

図2. 10BASE-T1S PHYとCPUの接続図

出典：Microchip社 LAN8670 Datasheet 、IEEE802.3cg を参考に作成

10BASE-T1Sのメリット

・Ethernetベースで通信を統一

10BASE-T1Sは末端の機器へのアクセスをEthernet 経由で行うことができます。
これまでは図3のようにメディアごとのプロトコルへの変換が必要でしたが、図4のようにEthernetプロトコルとして統一することができます。これによりこれは設計工数の観点やセキュリティ保全の観点からも非常に便利になり、アーキテクチャがシンプルになることで設計リスクを低減することができます。

図3. 従来のネットワーク

図4. 10BASE-T1Sを導入した場合のネットワーク

・コスト削減が可能

前項で述べたようにケーブルやコネクタでのスペース、重量、コストの削減が可能です。

加えて、システムのネットワークをEthernetで構成することで、異なるメディア間に必要であったゲートウェイが不要になります。
また、マルチドロップ接続により、高価なスイッチの必要性が減り、スケーラビリティが高まります。

最後に

最後に10BASE-T1Sについてまとめを記載します。

まとめ

• 1マルチドロップ接続が可能
• 2通信速度は10Mbps
• 3Ethernetベースに通信を統一(プロトコル変更不要)
• 4従来のEthernetより物理層がシンプルなため、スペース、重量、コストを削減

10BASE-T1S PHY製品はMicrochip社よりリリースされています。

詳しくは下記URLをご参照ください。

LAN8670
https://www.microchip.com/en-us/product/lan8670

LAN8671
https://www.microchip.com/en-us/product/lan8671

LAN8672
https://www.microchip.com/en-us/product/lan8672

Microchip 社 10base-T1S PHYは3種類のラインナップがあるため、表2に仕様比較を掲載します。

表2　Microchip 社 10Base-T1S PHY ラインナップ

品名	Package	MII対応	RMII対応	PLCA対応	周囲動作温度 TA-40～125℃
LAN8670	32ピンVQFN 5mm x 5mm x 1mm	〇	〇	〇	〇
LAN8671	24ピンVQFN 4mm x 4mm x 2.6mm		〇	〇	〇
LAN8672	36ピンVQFN 6mm x 6mm x 1mm	〇		〇	〇

Microchip 社10Base-T1S 規格紹介動画はこちら↓

いかがでしょうか。
10Base-T1S は、マルチドロップ接続が可能で、Ethernetベースで通信を統一しているためプロトコル変更する必要がなく、設計工数の観点やセキュリティ保全の観点からも非常に便利になりました。また、2芯1対ケーブルですから既存ケーブルコスト、システム構成全体でのコストを削減することもできます。

最後までご覧いただきありがとうございました！

今回紹介しました10BASE-T1S PHY製品はMicrochip社よりリリースされていますため、ご興味がありましたら以下までお問い合わせください。

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