Wybór kontrolera interfejsu Gigabit Ethernet IC

Jeśli korzystałeś z usług Google lub Amazon, to skorzystałeś z jednego lub więcej centrów danych. Produkty, które kupujemy na co dzień, polegają na łączności między aktywami produkcyjnymi, a komputery w twoim biurze nie połączyłyby się ze sobą bez WiFi, światłowodu i miedzi. Ethernet jest kręgosłupem nowoczesnych sieci LAN i nie zniknie w najbliższym czasie. Projektanci pracujący nad produktami z obsługą Ethernetu będą musieli poruszać się po krajobrazie opcji komponentów.

Jeśli projektujesz produkty działające z prędkościami gigabitowymi, będziesz musiał porównać wiele opcji komponentów wspierających sprzęt sieciowy. Twoja warstwa PHY jest odpowiedzialna za interfejs z włóknem lub miedzią, ale komponentem, który prowadzi przedstawienie, jest kontroler Ethernetu gigabitowego IC. Ten kluczowy komponent zapewnia interfejs między procesorem centralnym a twoją warstwą fizyczną, i będziesz musiał wybrać odpowiedni IC dla swojej następnej aplikacji.

Specyfikacje kontrolera Ethernetu gigabitowego IC

Jeśli pracujesz z tymi pośrednimi prędkościami, takimi jak 1 GbE lub 10 GbE, będziesz musiał wybrać kontroler Ethernetu gigabitowego IC, który może współpracować z PHY i procesorem nadrzędnym. Na rynku dostępna jest szeroka gama procesorów, i nie wszystkie z nich zawierają zintegrowany podsystem Ethernetu. Niektóre wysokowartościowe FPGA będą zawierać zintegrowany podsystem Ethernetu, który może działać z prędkością 100 Gbit/s lub szybciej na pojedynczym chipie, choć kosztuje to tysiące dolarów. Takie typy kontrolerów są zwykle używane w jednostkach montowanych w stelażu lub w płytach tylnych dla Ethernetu przez światłowód. Kable światłowodowe są kluczowym medium dla tych ultra-wysokich prędkości aplikacji.

Jeśli projektujesz rozwiązanie z pośredniego zakresu, nadal możesz przesyłać dane przez skrętkę miedzianą. Należy zauważyć, że miedź nadal jest odpowiednia dla 10 GbE na ograniczone odległości, chociaż kompensacja kanału i równoważenie są zwykle wymagane w dłuższych łączach (np. kanały SerDes). Lokalizacja kontrolera IC w produkcie z obsługą Ethernetu jest podobna do pokazanej poniżej:

Architektura kontrolera i podsystemu Ethernetu.

Tutaj kontroler zapewnia interfejs między wszystkimi komponentami nadrzędnymi, warstwą PHY i wszelkimi peryferiami. Zakończenie magnetyczne może być włączone na wyjściu kontrolera, gdy kontroler ma zintegrowany interfejs warstwy PHY. Kiedy rozważasz swoje opcje komponentów, zwróć uwagę na następujące specyfikacje:

• Dostępne prędkości transmisji danych: Jeśli spojrzysz na karty katalogowe, zobaczysz wiele prędkości transmisji danych. Specyfikacje GbE są w pewnym stopniu kompatybilne wstecz, tzn. obsługują niższe prędkości, gdy jest to konieczne.
• Liczba interfejsów: Twój kontroler może obsługiwać tylko określoną liczbę interfejsów. Typowe, umiarkowanie cenowe kontrolery mogą obsługiwać 2-6 warstw PHY lub kanałów SerDes.
• Zintegrowane komponenty: Różne układy scalone kontrolerów zapewniają różne poziomy integracji. Niektóre układy scalone będą integrować magnetyki, jeden lub więcej interfejsów PHY/SerDes, MAC lub inne komponenty/funkcje.
• Dostęp do peryferiów: Kontroler zwykle łączy się z jakimś procesorem nadrzędnym lub podsystemem za pośrednictwem szybkiego interfejsu (np. PCIe), ale istnieją też inne opcje łączności. Interfejsy I2C, GPIO i SPI są powszechne w układach scalonych kontrolerów gigabit Ethernet.

Układy scalone kontrolerów 1 GbE i 10 GbE z zintegrowanym PHY

Komponenty pokazane poniżej stanowią tylko część większego ekosystemu w urządzeniu zdolnym do pracy w sieci Ethernet. Wraz ze wzrostem kosztów, wzrasta również dostępność funkcji, interfejsów i maksymalnej prędkości transmisji danych.

Microchip, KSZ9893RNXI

KSZ9893RNXI gigabit Ethernet switch IC od Microchip zawiera dwa porty z zintegrowanymi PHYs 10/100/1000BASE-T oraz jeden port z Ethernet MAC 10/100/1000. Ten konkretny układ scalony jest idealny do różnych zastosowań, w tym samodzielnych przełączników Ethernet, punktów dostępu WiFi, sterowania przemysłowego i modemów szerokopasmowych. Zintegrowane rejestry kontrolne są dostępne za pośrednictwem I2C, SPI lub MIIM. Wewnętrzne rezystory zakończeniowe i wewnętrzne polaryzacje dla par różnicowych redukują liczbę komponentów i zużycie energii.

Dla projektanta dbającego o zużycie energii, ten układ scalony zawiera funkcje zarządzania energią, gdzie zegar jest wyłączany, a przełącznik może wejść w tryb uśpienia. Jeśli projektujesz przełącznik lub router dla sieci gigabit Ethernet, ten komponent jest doskonałym wyborem. Integracja interfejsów PHY do tego komponentu również oszczędza miejsce na płycie dla innych funkcji i komponentów.

Schemat blokowy przełącznika Ethernet KSZ9893RNXI. Z karty katalogowej KSZ9893RNXI.

Intel, NHI350AM4 S LJ3Z

NHI350AM4 S LJ3Z gigabit Ethernet controller od Intel zapewnia 1 GbE w wyższym przedziale cenowym, ale zawiera cztery zintegrowane PHYs 1 GbE i cztery zintegrowane kanały SerDes 1 GbE dla długodystansowych połączeń. Ten komponent odbiera dane za pośrednictwem PCIe 2.0 (5 Gbps) i interfejsu 1000BASE-KX dla połączeń szkieletowych serwerów typu blade. Ten komponent jest specjalnie zaprojektowany, aby zapewnić 1 GbE przez miedź z niższym zużyciem energii w środowisku biurowym, przemysłowym lub centrum danych.

Układ scalony kontrolera gigabit Ethernet NHI350AM4 S LJ3Z.

Intel, 82599

Na wysokim końcu spektrum cenowego, rodzina kontrolerów Ethernet gigabitowych 82599 od Intela odchodzi od typowych zastosowań routerów/switchy i przenosi się do przestrzeni aplikacji montowanych w stojakach. Rodzina kontrolerów 10 GbE 82599 obejmuje trzy wersje:

• 82599EB: Zaprojektowany dla interfejsów PCIe 2.0, XAUI, KX, KX4, BX, BX4 i CX4 (dwuportowy).
• 82599ES: Interfejs szeregowy dla implementacji w blade (dwuportowy).
• 82599EN: Interfejs szeregowy SFI dla implementacji w blade (jednoportowy).

Poniższy obrazek pokazuje diagram interfejsu dla rodziny układów scalonych 82599. Jak widać na diagramie, ten komponent zawiera kilka wejść/wyjść i obsługuje do 4 interfejsów MAUI. Ten komponent zwykle łączy się z przełącznikiem 10 GbE znajdującym się niżej w hierarchii przez płytę tylną, lub bezpośrednio z siecią 10 GbE przez zintegrowane PHY MAUI.

Diagram interfejsu hosta i porty I/O w układzie scalonym kontrolera Ethernet gigabitowego 82599. Z dokumentacji 82599.

Twoje nowe produkty sieciowe będą potrzebować wielu komponentów poza układem scalonym kontrolera Ethernet gigabitowego. Inne komponenty potrzebne do szybkiego Ethernetu możesz znaleźć, szukając na Octopart.

Zapoznaj się z naszymi najnowszymi artykułami, zapisując się na nasz newsletter.