Seleccionando un Circuito Integrado Controlador de Ethernet Gigabit

Si has utilizado los servicios de Google o Amazon, entonces has aprovechado uno o más centros de datos. Los productos que compramos diariamente dependen de la conectividad entre los activos de fabricación, y los ordenadores de tu oficina no se conectarían entre sí sin WiFi, fibra y cobre. Ethernet es la columna vertebral de las LAN modernas y no va a desaparecer pronto. Los diseñadores que trabajan en productos compatibles con Ethernet necesitarán navegar por el panorama de opciones de componentes.

Si estás diseñando productos para operar a velocidades de gigabit, necesitarás comparar muchas opciones de componentes que soporten equipos de red. Tu capa PHY es responsable de la interfaz con fibra o cobre, pero el componente que dirige el espectáculo es un controlador de Ethernet gigabit IC. Este componente crítico proporciona la interfaz entre un procesador central y tu capa física, y necesitarás seleccionar el IC correcto para tu próxima aplicación.

Especificaciones del Controlador de Ethernet Gigabit IC

Si estás trabajando a estas velocidades intermedias, como 1 GbE o 10 GbE, necesitarás seleccionar un controlador de Ethernet gigabit IC que pueda interfazarse con el PHY y el procesador de arriba. Hay una amplia gama de procesadores disponibles en el mercado, y no todos estos contienen un subsistema Ethernet integrado. Algunos FPGAs de alto valor incluirán un subsistema Ethernet integrado que puede funcionar a 100 Gbit/s o más rápido en un solo chip, aunque a un costo de miles de dólares. Este tipo de controladores se utilizan normalmente en unidades montadas en rack o backplane para Ethernet sobre fibra. Los cables de fibra óptica son el medio crítico para estas aplicaciones de ultra alta velocidad.

Si estás diseñando una solución de rango intermedio, todavía puedes transferir datos sobre cobre trenzado. Ten en cuenta que el cobre sigue siendo apropiado para 10 GbE a distancias limitadas, aunque la pre-compensación del canal y la ecualización suelen ser necesarias en enlaces más largos (por ejemplo, canales SerDes). La ubicación de un controlador IC dentro de un producto compatible con Ethernet es similar a la que se muestra a continuación:

Arquitectura del controlador y subsistema Ethernet.

Aquí, el controlador proporciona la interfaz entre todos los componentes de arriba, la capa PHY y cualquier periférico. La terminación magnética puede incluirse en la salida del controlador cuando el controlador tiene una interfaz de capa PHY integrada. Cuando estés evaluando tus opciones de componentes, presta atención a las siguientes especificaciones:

• Tasas de datos disponibles: Si miras las hojas de datos, verás múltiples tasas de datos. Las especificaciones de GbE son algo compatibles hacia atrás, es decir, admiten velocidades más bajas cuando es necesario.
• Número de interfaces: Tu controlador solo puede admitir ciertas interfaces. Los controladores de precio moderado típicos pueden admitir de 2 a 6 capas PHY o canales SerDes.
• Componentes integrados: Diferentes circuitos integrados de controlador proporcionarán diferentes niveles de integración. Algunos circuitos integrados integrarán magnéticos, una o más interfaces PHY/SerDes, MAC u otros componentes/funciones.
• Acceso a periféricos: El controlador normalmente se conecta a algún procesador o subsistema superior a través de una interfaz de alta velocidad (por ejemplo, PCIe), pero hay otras opciones de conectividad. Las interfaces I2C, GPIO y SPI son comunes en los circuitos integrados de controlador de Ethernet gigabit.

Controladores IC de 1 GbE y 10 GbE con PHY Integrado

Los componentes mostrados a continuación son solo una parte del ecosistema más grande en un dispositivo capaz de Ethernet. A medida que aumentan los costos, también lo harán las características disponibles, interfaces y la tasa de datos máxima.

Microchip, KSZ9893RNXI

El circuito integrado de conmutación Ethernet gigabit KSZ9893RNXI de Microchip incluye dos puertos con PHYs 10/100/1000BASE-T integrados, y un puerto con un MAC Ethernet 10/100/1000. Este circuito integrado en particular es ideal para una gama de aplicaciones, incluyendo conmutadores Ethernet independientes, puntos de acceso WiFi, control industrial y módems de banda ancha. Los registros de control integrados son accesibles a través de I2C, SPI o MIIM. Las resistencias de terminación en chip y el sesgo interno para pares diferenciales reducen el conteo de componentes y el consumo de energía.

Para el diseñador consciente del consumo de energía, este circuito integrado incluye características de gestión de energía, donde el reloj se apaga y el conmutador puede entrar en modo de suspensión. Si estás diseñando un conmutador o router para una red Ethernet gigabit, entonces este componente es una excelente elección. La integración de interfaces PHY en este componente también ahorra espacio en la placa para otras características y componentes.

Diagrama de bloques del conmutador Ethernet KSZ9893RNXI. Del datasheet de KSZ9893RNXI.

Intel, NHI350AM4 S LJ3Z

El controlador Ethernet gigabit NHI350AM4 S LJ3Z de Intel proporciona 1 GbE a un precio más alto, pero incluye cuatro PHYs de 1 GbE integrados y cuatro canales SerDes de 1 GbE integrados para enlaces de larga distancia. Este componente recibe datos a través de PCIe 2.0 (5 Gbps) y una interfaz 1000BASE-KX para conexiones de backplane de servidores blade. Este componente está específicamente diseñado para proporcionar 1 GbE sobre cobre con un menor consumo de energía en un entorno de oficina, industrial o centro de datos.

Circuito integrado controlador Ethernet gigabit NHI350AM4 S LJ3Z.

Intel, 82599

En el extremo superior del espectro de costos, la familia 82599 de controladores Ethernet gigabit de Intel se aleja de la aplicación típica de router/switch y se adentra en el espacio de aplicaciones de montaje en rack. La familia 82599 de controladores 10 GbE abarca tres versiones:

• 82599EB: Diseñado para interfaces PCIe 2.0, XAUI, KX, KX4, BX, BX4 y CX4 (doble puerto).
• 82599ES: Interfaz serial para implementaciones en blade (doble puerto).
• 82599EN: Interfaz serial SFI para implementaciones en blade (puerto único).

La imagen a continuación muestra el diagrama de interfaz para la familia 82599 de ICs. Como se puede ver en el diagrama, este componente incluye varios I/Os y soporta hasta 4 interfaces MAUI. Este componente normalmente se conectaría a un switch 10 GbE aguas abajo a través de un backplane, o directamente a una red 10 GbE a través de los PHYs MAUI integrados.

Diagrama de interfaz del host y puertos I/O en el IC controlador Ethernet gigabit 82599. Del datasheet 82599.

Tus nuevos productos de red necesitarán incluir muchos componentes más allá de un IC controlador Ethernet gigabit. Puedes encontrar los otros componentes para Ethernet de alta velocidad que necesitas buscando en Octopart.

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