Selecionando um Controlador IC de Ethernet Gigabit

Se você já usou os serviços do Google ou da Amazon, então você já se beneficiou de um ou mais data centers. Os produtos que compramos diariamente dependem da conectividade entre os ativos de fabricação, e os computadores no seu escritório não se conectariam entre si sem WiFi, fibra e cobre. O Ethernet é a espinha dorsal das LANs modernas e não vai desaparecer tão cedo. Designers trabalhando em produtos com capacidade Ethernet precisarão navegar pelo cenário de opções de componentes.

Se você está projetando produtos para operar em velocidades de gigabit, precisará comparar várias opções de componentes que suportam equipamentos de rede. Sua camada PHY é responsável pela interface com fibra ou cobre, mas o componente que comanda o show é um controlador Ethernet gigabit IC. Este componente crítico fornece a interface entre um processador central e sua camada física, e você precisará selecionar o IC certo para sua próxima aplicação.

Especificações do Controlador Ethernet Gigabit IC

Se você está trabalhando nessas velocidades intermediárias, como 1 GbE ou 10 GbE, precisará selecionar um controlador Ethernet gigabit IC que possa se conectar com o PHY e o processador upstream. Há uma ampla gama de processadores disponíveis no mercado, e nem todos contêm um subsistema Ethernet integrado. Alguns FPGAs de alto valor incluirão um subsistema Ethernet integrado que pode operar a 100 Gbit/s ou mais rápido em um único chip, embora a um custo de milhares de dólares. Esse tipo de controladores é normalmente usado em unidades montadas em rack ou backplane para Ethernet sobre fibra. Cabos de fibra óptica são o meio crítico para essas aplicações de ultra-alta velocidade.

Se você está projetando uma solução de alcance intermediário, ainda pode transferir dados por cobre trançado. Note que o cobre ainda é apropriado para 10 GbE em distâncias limitadas, embora a pré-compensação de canal e equalização geralmente sejam necessárias em links mais longos (por exemplo, canais SerDes). A localização de um controlador IC dentro de um produto capaz de Ethernet é semelhante à mostrada abaixo:

Arquitetura do controlador e subsistema Ethernet.

Aqui, o controlador fornece a interface entre todos os componentes upstream, a camada PHY e quaisquer periféricos. Uma terminação magnética pode ser incluída na saída do controlador quando o controlador tem uma interface de camada PHY integrada. Quando você estiver avaliando suas opções de componentes, preste atenção nas seguintes especificações:

• Taxas de dados disponíveis: Se você olhar as fichas técnicas, verá múltiplas taxas de dados. As especificações de GbE são um tanto quanto compatíveis com versões anteriores, ou seja, elas suportam velocidades menores quando necessário.
• Número de interfaces: Seu controlador só pode suportar um determinado número de interfaces. Controladores com preços moderados típicos podem suportar de 2 a 6 camadas PHY ou canais SerDes.
• Componentes integrados: Diferentes ICs de controladores fornecerão diferentes níveis de integração. Alguns ICs integrarão magnéticos, uma ou mais interfaces PHY/SerDes, MAC ou outros componentes/funções.
• Acesso a periféricos: O controlador normalmente se conecta a algum processador ou subsistema upstream por meio de uma interface de alta velocidade (por exemplo, PCIe), mas existem outras opções de conectividade. Interfaces I2C, GPIO e SPI são comuns em ICs de controlador Ethernet gigabit.

ICs de Controlador 1 GbE e 10 GbE com PHY Integrado

Os componentes mostrados abaixo são apenas uma parte do ecossistema maior em um dispositivo capaz de Ethernet. À medida que os custos aumentam, também aumentarão os recursos disponíveis, interfaces e a taxa de dados máxima.

Microchip, KSZ9893RNXI

O KSZ9893RNXI switch Ethernet gigabit IC da Microchip inclui dois portos com PHYs 10/100/1000BASE-T integrados, e um porto com um MAC Ethernet 10/100/1000. Este IC específico é ideal para uma gama de aplicações, incluindo switches Ethernet autônomos, pontos de acesso WiFi, controle industrial e modems de banda larga. Registros de controle integrados são acessíveis via I2C, SPI ou MIIM. Os resistores de terminação no chip e o viés interno para pares diferenciais reduzem a contagem de componentes e o consumo de energia.

Para o designer consciente do consumo de energia, este IC inclui recursos de gerenciamento de energia, onde o relógio é desligado e o switch pode entrar em modo de espera. Se você está projetando um switch ou roteador para uma rede Ethernet gigabit, então este componente é uma excelente escolha. A integração de interfaces PHY neste componente também economiza espaço na placa para outros recursos e componentes.

Diagrama de blocos do switch Ethernet KSZ9893RNXI. Do datasheet do KSZ9893RNXI.

Intel, NHI350AM4 S LJ3Z

O NHI350AM4 S LJ3Z controlador Ethernet gigabit da Intel fornece 1 GbE em um ponto de preço mais alto, mas inclui quatro PHYs 1 GbE integrados e quatro canais SerDes 1 GbE integrados para links de longa distância. Este componente recebe dados via PCIe 2.0 (5 Gbps) e uma interface 1000BASE-KX para conexões de backplane de servidor blade. Este componente é especificamente projetado para fornecer 1 GbE sobre cobre com menor consumo de energia em um ambiente de escritório, industrial ou de centro de dados.

IC controlador Ethernet gigabit NHI350AM4 S LJ3Z.

Intel, 82599

No extremo superior do espectro de custos, a família 82599 de controladores Ethernet gigabit da Intel se afasta da aplicação típica de roteadores/switches e entra no espaço de aplicação de montagem em rack. A família 82599 de controladores 10 GbE engloba três versões:

• 82599EB: Projetado para interfaces PCIe 2.0, XAUI, KX, KX4, BX, BX4 e CX4 (dupla porta).
• 82599ES: Interface serial para implementações em blade (dupla porta).
• 82599EN: Interface serial SFI para implementações em blade (porta única).

A imagem abaixo mostra o diagrama de interface para a família 82599 de ICs. Como pode ser visto no diagrama, este componente inclui várias I/Os e suporta até 4 interfaces MAUI. Este componente normalmente se conectaria a um switch 10 GbE downstream através de um backplane, ou diretamente a uma rede 10 GbE através dos PHYs MAUI integrados.

Diagrama da interface do host e portas I/O no IC controlador Ethernet gigabit 82599. Do datasheet do 82599.

Seus novos produtos de rede precisarão incluir muitos componentes além de um IC controlador Ethernet gigabit. Você pode encontrar os outros componentes para Ethernet de alta velocidade de que precisa pesquisando na Octopart.

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