Selezionare un IC Controller Ethernet Gigabit

Se hai utilizzato i servizi di Google o Amazon, allora hai sfruttato uno o più data center. I prodotti che acquistiamo quotidianamente si affidano alla connettività tra le risorse di produzione, e i computer nel tuo ufficio non si connetterebbero tra loro senza WiFi, fibra e rame. Ethernet è la colonna vertebrale delle moderne LAN e non scomparirà tanto presto. I progettisti che lavorano su prodotti capaci di Ethernet dovranno navigare nel panorama delle opzioni dei componenti.

Se stai progettando prodotti per operare a velocità gigabit, dovrai confrontare numerose opzioni di componenti che supportano le apparecchiature di rete. Il tuo strato PHY è responsabile dell'interfaccia con la fibra o il rame, ma il componente che gestisce lo spettacolo è un IC controller Ethernet gigabit. Questo componente critico fornisce l'interfaccia tra un processore centrale e il tuo strato fisico, e dovrai selezionare l'IC giusto per la tua prossima applicazione.

Specifiche del Controller IC Ethernet Gigabit

Se stai lavorando a queste velocità intermedie, come 1 GbE o 10 GbE, dovrai selezionare un controller IC Ethernet gigabit che possa interfacciarsi con il PHY e il processore a monte. C'è una vasta gamma di processori disponibili sul mercato, e non tutti questi contengono un sottosistema Ethernet integrato. Alcuni FPGA di alto valore includeranno un sottosistema Ethernet integrato che può funzionare a 100 Gbit/s o più veloce su un singolo chip, sebbene a un costo di migliaia di dollari. Questi tipi di controller sono normalmente utilizzati in unità montate su rack o backplane per Ethernet su fibra. I cavi in fibra ottica sono il mezzo critico per queste applicazioni ad altissima velocità.

Se stai progettando una soluzione di gamma intermedia, puoi comunque trasferire dati su rame a coppia intrecciata. Nota che il rame è ancora appropriato per 10 GbE su distanze limitate, anche se la pre-compensazione del canale e l'equalizzazione sono di solito richieste in collegamenti più lunghi (ad es., canali SerDes). La posizione di un controller IC all'interno di un prodotto capace di Ethernet è simile a quella mostrata di seguito:

Architettura del controller e sottosistema Ethernet.

Qui, il controller fornisce l'interfaccia tra tutti i componenti a monte, lo strato PHY e eventuali periferiche. Una terminazione magnetica può essere inclusa all'uscita del controller quando il controller ha un'interfaccia integrata dello strato PHY. Quando valuti le tue opzioni di componenti, presta attenzione alle seguenti specifiche:

• Velocità di trasmissione disponibili: Se si guardano i fogli dati, si vedranno molteplici velocità di trasmissione. Le specifiche GbE sono in qualche modo retrocompatibili, ovvero supportano velocità inferiori quando necessario.
• Numero di interfacce: Il tuo controller può supportare solo un certo numero di interfacce. I controller di prezzo moderato tipici possono supportare 2-6 strati PHY o canali SerDes.
• Componenti integrati: Diversi IC controller forniranno diversi livelli di integrazione. Alcuni IC integreranno magnetici, una o più interfacce PHY/SerDes, MAC o altri componenti/funzioni.
• Accesso ai periferici: Il controller si collega normalmente a qualche processore o sottosistema a monte tramite un'interfaccia ad alta velocità (ad es., PCIe), ma ci sono altre opzioni di connettività. Le interfacce I2C, GPIO e SPI sono comuni negli IC controller Ethernet gigabit.

IC controller 1 GbE e 10 GbE con PHY integrato

I componenti mostrati di seguito rappresentano solo una parte del più ampio ecosistema in un dispositivo abilitato Ethernet. Con l'aumentare dei costi, aumenteranno anche le funzionalità disponibili, le interfacce e la velocità massima di trasmissione dati.

Microchip, KSZ9893RNXI

L'IC switch Ethernet gigabit KSZ9893RNXI di Microchip include due porte con PHY 10/100/1000BASE-T integrati, e una porta con un MAC Ethernet 10/100/1000. Questo particolare IC è ideale per una gamma di applicazioni, inclusi switch Ethernet autonomi, punti di accesso WiFi, controllo industriale e modem a banda larga. I registri di controllo integrati sono accessibili tramite I2C, SPI o MIIM. Le resistenze di terminazione on-chip e il polarizzatore interno per coppie differenziali riducono il numero di componenti e il consumo di energia.

Per il progettista attento al consumo energetico, questo IC include funzionalità di gestione dell'alimentazione, dove l'orologio viene spento e lo switch può entrare in modalità sleep. Se stai progettando uno switch o un router per una rete Ethernet gigabit, allora questo componente è un'eccellente scelta. L'integrazione delle interfacce PHY in questo componente salva anche spazio sulla scheda per altre funzionalità e componenti.

Diagramma a blocchi dello switch Ethernet KSZ9893RNXI. Dal datasheet del KSZ9893RNXI.

Intel, NHI350AM4 S LJ3Z

L'controller Ethernet gigabit NHI350AM4 S LJ3Z di Intel fornisce 1 GbE a un punto di prezzo più alto, ma include quattro PHY 1 GbE integrati e quattro canali SerDes 1 GbE integrati per collegamenti a lunga distanza. Questo componente riceve dati tramite PCIe 2.0 (5 Gbps) e un'interfaccia 1000BASE-KX per connessioni backplane di server blade. Questo componente è specificamente progettato per fornire 1 GbE su rame con un consumo energetico ridotto in un ambiente di ufficio, industriale o data center.

IC controller Ethernet gigabit NHI350AM4 S LJ3Z.

Intel, 82599

All'estremità alta dello spettro dei costi, la famiglia 82599 di controller Ethernet gigabit di Intel si distacca dalla tipica applicazione router/switch e si sposta nello spazio delle applicazioni rack-mount. La famiglia 82599 di controller 10 GbE comprende tre versioni:

• 82599EB: Progettato per PCIe 2.0, XAUI, KX, KX4, BX, BX4 e interfacce CX4 (doppia porta).
• 82599ES: Interfaccia seriale per implementazioni blade (doppia porta).
• 82599EN: Interfaccia seriale SFI per implementazioni blade (porta singola).

L'immagine sottostante mostra il diagramma dell'interfaccia per la famiglia 82599 di IC. Come si può vedere nel diagramma, questo componente include diversi I/O e supporta fino a 4 interfacce MAUI. Normalmente, questo componente si connetterebbe a uno switch 10 GbE downstream tramite un backplane, o direttamente a una rete 10 GbE attraverso i PHY MAUI integrati.

Diagramma dell'interfaccia host e porte I/O nel controller Ethernet gigabit 82599 IC. Dal datasheet 82599.

I tuoi nuovi prodotti di rete dovranno includere molti componenti oltre a un controller IC Ethernet gigabit. Puoi trovare gli altri componenti per Ethernet ad alta velocità di cui hai bisogno cercando su Octopart.

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