Sélection d'un contrôleur IC Ethernet Gigabit

Si vous avez utilisé les services de Google ou Amazon, alors vous avez profité d'un ou plusieurs centres de données. Les produits que nous achetons quotidiennement dépendent de la connectivité entre les actifs de fabrication, et les ordinateurs de votre bureau ne pourraient pas se connecter entre eux sans le WiFi, la fibre et le cuivre. L'Ethernet est l'épine dorsale des LAN modernes et n'est pas prêt de disparaître. Les concepteurs travaillant sur des produits capables d'utiliser l'Ethernet devront naviguer dans le paysage des options de composants.

Si vous concevez des produits pour fonctionner à des vitesses de gigabit, vous devrez comparer de nombreuses options de composants qui prennent en charge l'équipement réseau. Votre couche PHY est responsable de l'interface avec la fibre ou le cuivre, mais le composant qui dirige le spectacle est un contrôleur Ethernet gigabit IC. Ce composant critique fournit l'interface entre un processeur central et votre couche physique, et vous devrez sélectionner le bon IC pour votre prochaine application.

Spécifications du contrôleur Ethernet gigabit IC

Si vous travaillez à ces vitesses intermédiaires, telles que 1 GbE ou 10 GbE, vous devrez sélectionner un contrôleur Ethernet gigabit IC qui peut interfacer avec le PHY et le processeur en amont. Il existe une large gamme de processeurs disponibles sur le marché, et tous ne contiennent pas un sous-système Ethernet intégré. Certains FPGA de haute valeur incluront un sous-système Ethernet intégré pouvant fonctionner à 100 Gbit/s ou plus sur une seule puce, bien que cela coûte des milliers de dollars. Ces types de contrôleurs sont normalement utilisés dans des unités montées en rack ou en backplane pour Ethernet sur fibre. Les câbles à fibre optique sont le support critique pour ces applications à ultra-haute vitesse.

Si vous concevez une solution de portée intermédiaire, vous pouvez toujours transférer des données sur du cuivre torsadé. Notez que le cuivre est toujours approprié pour 10 GbE sur des distances limitées, bien que la pré-compensation et l'égalisation du canal soient généralement nécessaires dans les liaisons plus longues (par exemple, les canaux SerDes). L'emplacement d'un contrôleur IC dans un produit capable d'utiliser l'Ethernet est similaire à celui montré ci-dessous :

Architecture du contrôleur et du sous-système Ethernet.

Ici, le contrôleur fournit l'interface entre tous les composants en amont, la couche PHY et tous les périphériques. Une terminaison magnétique peut être incluse à la sortie du contrôleur lorsque le contrôleur dispose d'une interface de couche PHY intégrée. Lorsque vous évaluez vos options de composants, faites attention aux spécifications suivantes :

• Taux de données disponibles : Si vous regardez les fiches techniques, vous verrez plusieurs taux de données. Les spécifications GbE sont quelque peu rétrocompatibles, c'est-à-dire qu'elles prennent en charge des vitesses inférieures lorsque nécessaire.
• Nombre d'interfaces : Votre contrôleur ne peut supporter qu'un certain nombre d'interfaces. Les contrôleurs à prix modéré typiques peuvent supporter 2 à 6 couches PHY ou canaux SerDes.
• Composants intégrés : Différents circuits intégrés de contrôleur fourniront différents niveaux d'intégration. Certains circuits intégrés intègrent des magnétiques, une ou plusieurs interfaces PHY/SerDes, MAC, ou d'autres composants/fonctions.
• Accès aux périphériques : Le contrôleur se connecte normalement à un processeur ou sous-système en amont via une interface à haute vitesse (par exemple, PCIe), mais il existe d'autres options de connectivité. Les interfaces I2C, GPIO et SPI sont courantes dans les circuits intégrés de contrôleur Ethernet gigabit.

Contrôleurs IC 1 GbE et 10 GbE avec PHY intégré

Les composants présentés ci-dessous ne représentent qu'une partie de l'écosystème plus large dans un dispositif capable d'Ethernet. À mesure que les coûts augmentent, les fonctionnalités, interfaces et le taux de données maximal disponibles augmenteront également.

Microchip, KSZ9893RNXI

Le commutateur Ethernet gigabit KSZ9893RNXI de Microchip inclut deux ports avec des PHYs 10/100/1000BASE-T intégrés, et un port avec un MAC Ethernet 10/100/1000. Ce circuit intégré particulier est idéal pour une gamme d'applications, y compris les commutateurs Ethernet autonomes, les points d'accès WiFi, le contrôle industriel et les modems à large bande. Les registres de contrôle intégrés sont accessibles via I2C, SPI ou MIIM. Les résistances de terminaison sur puce et la polarisation interne pour les paires différentielles réduisent le nombre de composants et la consommation d'énergie.

Pour le concepteur soucieux de la consommation d'énergie, ce circuit intégré comprend des fonctionnalités de gestion de l'alimentation, où l'horloge est éteinte et le commutateur peut entrer en mode veille. Si vous concevez un commutateur ou un routeur pour un réseau Ethernet gigabit, alors ce composant est un excellent choix. L'intégration des interfaces PHY dans ce composant permet également d'économiser de l'espace sur la carte pour d'autres fonctionnalités et composants.

Schéma de bloc du commutateur Ethernet KSZ9893RNXI. Tiré de la fiche technique du KSZ9893RNXI.

Intel, NHI350AM4 S LJ3Z

Le contrôleur Ethernet gigabit NHI350AM4 S LJ3Z d'Intel fournit 1 GbE à un prix plus élevé, mais il inclut quatre PHYs 1 GbE intégrés et quatre canaux SerDes 1 GbE intégrés pour des liaisons à longue portée. Ce composant reçoit des données via PCIe 2.0 (5 Gbps) et une interface 1000BASE-KX pour les connexions de fond de panier de serveur lame. Ce composant est spécifiquement conçu pour fournir 1 GbE sur cuivre avec une consommation d'énergie réduite dans un environnement de bureau, industriel ou de centre de données.

Circuit intégré de contrôleur Ethernet gigabit NHI350AM4 S LJ3Z.

Intel, 82599

À l'extrémité supérieure du spectre des coûts, la famille 82599 de contrôleurs Ethernet gigabit d'Intel se détourne de l'application typique de routeur/commutateur pour s'orienter vers l'espace d'application de montage en rack. La famille 82599 de contrôleurs 10 GbE comprend trois versions :

• 82599EB : Conçu pour PCIe 2.0, XAUI, KX, KX4, BX, BX4 et CX4 interfaces (double-port).
• 82599ES : Interface série pour les implémentations en lame (double-port).
• 82599EN : Interface série SFI pour les implémentations en lame (simple-port).

L'image ci-dessous montre le schéma d'interface pour la famille 82599 de CI. Comme on peut le voir dans le schéma, ce composant inclut plusieurs E/S et prend en charge jusqu'à 4 interfaces MAUI. Ce composant se connecterait normalement à un commutateur 10 GbE en aval via un fond de panier, ou directement à un réseau 10 GbE via les PHYs MAUI intégrés.

Schéma d'interface hôte et ports E/S dans le CI contrôleur Ethernet gigabit 82599. Extrait de la fiche technique 82599.

Vos nouveaux produits de réseau devront inclure de nombreux composants au-delà d'un CI contrôleur Ethernet gigabit. Vous pouvez trouver les autres composants nécessaires pour l'Ethernet haute vitesse en recherchant sur Octopart.

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