Auswahl eines Gigabit-Ethernet-Controller-ICs

Wenn Sie Google- oder Amazon-Dienste genutzt haben, dann haben Sie von einem oder mehreren Rechenzentren profitiert. Die Produkte, die wir täglich kaufen, sind auf die Konnektivität zwischen den Produktionsanlagen angewiesen, und die Computer in Ihrem Büro könnten ohne WiFi, Glasfaser und Kupfer nicht miteinander verbunden werden. Ethernet ist das Rückgrat moderner LANs und wird so schnell nicht verschwinden. Designer, die an Ethernet-fähigen Produkten arbeiten, müssen sich durch die Landschaft der Komponentenoptionen navigieren.

Wenn Sie Produkte entwerfen, die mit Gigabit-Geschwindigkeiten arbeiten sollen, müssen Sie zahlreiche Komponentenoptionen vergleichen, die Netzwerkgeräte unterstützen. Ihre PHY-Schicht ist verantwortlich für die Schnittstelle mit Glasfaser oder Kupfer, aber die Komponente, die das Sagen hat, ist ein Gigabit-Ethernet-Controller-IC. Diese kritische Komponente stellt die Schnittstelle zwischen einem zentralen Prozessor und Ihrer physischen Schicht dar, und Sie müssen den richtigen IC für Ihre nächste Anwendung auswählen.

Gigabit-Ethernet-Controller-IC Spezifikationen

Wenn Sie mit diesen mittleren Geschwindigkeiten arbeiten, wie 1 GbE oder 10 GbE, müssen Sie einen Gigabit-Ethernet-Controller-IC auswählen, der sich mit dem PHY und dem vorgelagerten Prozessor verbinden kann. Es gibt eine breite Palette verfügbarer Prozessoren auf dem Markt, und nicht alle davon enthalten ein integriertes Ethernet-Subsystem. Einige hochwertige FPGAs werden ein integriertes Ethernet-Subsystem enthalten, das mit 100 Gbit/s oder schneller auf einem einzigen Chip laufen kann, allerdings zu Kosten von Tausenden von Dollar. Diese Arten von Controllern werden normalerweise in Rack-Mount- oder Backplane-Einheiten für Ethernet über Glasfaser verwendet. Glasfaserkabel sind das kritische Medium für diese Anwendungen mit ultrahoher Geschwindigkeit.

Wenn Sie eine Lösung im mittleren Bereich entwerfen, können Sie Daten immer noch über verdrillte Kupferpaare übertragen. Beachten Sie, dass Kupfer immer noch für 10 GbE über begrenzte Entfernungen geeignet ist, obwohl Kanalvor-Kompensation und Equalization in der Regel bei längeren Verbindungen erforderlich sind (z.B. SerDes-Kanäle). Die Position eines Controller-ICs innerhalb eines Ethernet-fähigen Produkts ähnelt der unten gezeigten:

Ethernet-Controller und Subsystem-Architektur.

Hier bietet der Controller die Schnittstelle zwischen allen vorgelagerten Komponenten, der PHY-Schicht und jeglichen Peripheriegeräten. Eine magnetische Terminierung kann am Controllerausgang enthalten sein, wenn der Controller eine integrierte PHY-Schicht-Schnittstelle hat. Wenn Sie Ihre Komponentenoptionen abwägen, achten Sie auf die folgenden Spezifikationen:

• Verfügbare Datenraten: Wenn Sie Datenblätter betrachten, werden Sie mehrere Datenraten sehen. GbE-Spezifikationen sind in gewisser Weise abwärtskompatibel, d.h., sie unterstützen bei Bedarf niedrigere Geschwindigkeiten.
• Anzahl der Schnittstellen: Ihr Controller kann nur eine bestimmte Anzahl von Schnittstellen unterstützen. Typische, preislich moderate Controller können 2-6 PHY-Schichten oder SerDes-Kanäle unterstützen.
• Integrierte Komponenten: Verschiedene Controller-ICs bieten unterschiedliche Integrationsniveaus. Einige ICs integrieren Magnetics, eine oder mehrere PHY/SerDes-Schnittstellen, MAC oder andere Komponenten/Funktionen.
• Zugang zu Peripheriegeräten: Der Controller verbindet sich normalerweise über eine Hochgeschwindigkeitsschnittstelle (z.B. PCIe) mit einem vorgelagerten Prozessor oder Subsystem, aber es gibt auch andere Konnektivitätsoptionen. I2C-, GPIO- und SPI-Schnittstellen sind bei Gigabit-Ethernet-Controller-ICs üblich.

1 GbE und 10 GbE Controller-ICs mit integrierter PHY

Die unten gezeigten Komponenten stellen nur einen Teil des größeren Ökosystems in einem Ethernet-fähigen Gerät dar. Mit steigenden Kosten erhöhen sich auch die verfügbaren Funktionen, Schnittstellen und die maximale Datenrate.

Microchip, KSZ9893RNXI

Der Gigabit-Ethernet-Switch-IC KSZ9893RNXI von Microchip umfasst zwei Ports mit integrierten 10/100/1000BASE-T PHYs und einen Port mit einem 10/100/1000 Ethernet MAC. Dieser spezielle IC eignet sich ideal für eine Reihe von Anwendungen, einschließlich eigenständiger Ethernet-Switches, WiFi-Zugangspunkten, industrieller Steuerung und Breitbandmodems. Integrierte Steuerregister sind über I2C, SPI oder MIIM zugänglich. Die on-chip Abschlusswiderstände und die interne Vorspannung für Differenzpaare reduzieren die Bauteilanzahl und den Stromverbrauch.

Für den strombewussten Entwickler beinhaltet dieser IC Stromverwaltungsfunktionen, bei denen die Uhr abgeschaltet wird und der Switch in den Schlafmodus gehen kann. Wenn Sie einen Switch oder Router für ein Gigabit-Ethernet-Netzwerk entwerfen, dann ist diese Komponente eine ausgezeichnete Wahl. Die Integration von PHY-Schnittstellen in diese Komponente spart auch Platz auf der Platine für andere Funktionen und Komponenten.

Blockdiagramm des KSZ9893RNXI Ethernet-Switches. Aus dem Datenblatt des KSZ9893RNXI.

Intel, NHI350AM4 S LJ3Z

Der NHI350AM4 S LJ3Z Gigabit-Ethernet-Controller von Intel bietet 1 GbE zu einem höheren Preis, beinhaltet jedoch vier integrierte 1 GbE PHYs und vier integrierte 1 GbE SerDes-Kanäle für Langstreckenverbindungen. Dieses Bauteil empfängt Daten über PCIe 2.0 (5 Gbps) und eine 1000BASE-KX Schnittstelle für Blade-Server-Backplane-Verbindungen. Dieses Bauteil ist speziell dafür konzipiert, 1 GbE über Kupfer mit niedrigerem Energieverbrauch in Büro-, Industrie- oder Rechenzentrumsumgebungen bereitzustellen.

NHI350AM4 S LJ3Z Gigabit-Ethernet-Controller IC.

Intel, 82599

Am oberen Ende des Preisspektrums bewegt sich die 82599 Familie von Gigabit-Ethernet-Controllern von Intel weg von der typischen Router/Switch-Anwendung und hin zum Rack-Mount-Anwendungsbereich. Die 82599 Familie von 10 GbE Controllern umfasst drei Versionen:

• 82599EB: Entwickelt für PCIe 2.0, XAUI, KX, KX4, BX, BX4 und CX4 Schnittstellen (Dual-Port).
• 82599ES: Serielle Schnittstelle für Blade-Implementierungen (Dual-Port).
• 82599EN: Serielle SFI-Schnittstelle für Blade-Implementierungen (Single-Port).

Das untenstehende Bild zeigt das Schnittstellendiagramm für die 82599 IC-Familie. Wie im Diagramm zu sehen ist, umfasst diese Komponente mehrere I/Os und unterstützt bis zu 4 MAUI-Schnittstellen. Diese Komponente würde normalerweise über ein Backplane mit einem nachgeschalteten 10 GbE-Switch verbunden oder direkt über die integrierten MAUI-PHYs mit einem 10 GbE-Netzwerk verbunden werden.

Schnittstellendiagramm und I/O-Ports im 82599 Gigabit-Ethernet-Controller-IC. Aus dem 82599 Datenblatt.

Ihre neuen Netzwerkprodukte werden viele Komponenten über einen Gigabit-Ethernet-Controller-IC hinaus benötigen. Die anderen Komponenten für High-Speed-Ethernet, die Sie benötigen, finden Sie durch Suche auf Octopart.

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