IP178G یک آیسی سوئیچ Fast Ethernet هشت‌پورتی است که بخش اصلی موردنیاز برای ساخت یک سوئیچ شبکه 10/100 را در یک تراشه جمع کرده است. وجود هشت PHY داخلی باعث می‌شود برای هر پورت نیازی به PHY جداگانه وجود نداشته باشد و طراحی کلی برد شبکه ساده‌تر شود.
این قطعه علاوه بر عملیات معمول Switching، امکاناتی مانند Auto MDI/MDIX، VLAN، QoS، Port Mirroring و مدیریت مصرف انرژی را در اختیار طراح قرار می‌دهد.
مدل
IP178G
سازنده
IC Plus
نوع قطعه
Ethernet Switch Controller
هر عدد
۶۸۰٬۰۰۰تومان
تعداد پورت
8 پورت
سرعت شبکه
10/100Mbps
استاندارد شبکه
10BASE-T / 100BASE-TX
PHY داخلی
8 عدد 10/100 Ethernet PHY
نوع Switching
Store-and-Forward
جدول MAC Address
1024 آدرس / 1K
Packet Buffer داخلی
448Kbit معادل 56KB
VLAN
تا 16 VLAN
استاندارد VLAN
IEEE 802.1Q
QoS
دارد
تعداد Priority Queue
2 صف برای هر پورت
Port Mirroring
دارد
Link Aggregation / Trunking
دارد
Broadcast Storm Protection
دارد
Auto MDI/MDIX
دارد
IEEE 802.3az
پشتیبانی می‌کند
سیستمهای Power Saving
APS، WOL+ و PWD
Auto Factory Test
دارد
ولتاژ اصلی تغذیه
3.3V
رگولاتور داخلی Core
1.1V LDO داخلی
مصرف توان در بار کامل
حدود 0.95W
کلاک سیستم
25MHz
EEPROM خارجی قابل پشتیبانی
24C01 تا 24C16
مقاومت‌های Termination
مقاومت‌های 50Ω داخلی
دمای کاری IP178G
0°C تا +70°C
پکیج
68-Pin QFN
Exposed Pad
دارد، متصل به GND
معرفی IP178G
در یک سوئیچ شبکه، اطلاعات دریافتی از هر پورت باید بررسی شود تا مشخص شود بسته Ethernet به کدام پورت یا پورت‌ها ارسال شود. برای انجام این کار به بخش‌های PHY، MAC، حافظه Buffer و Switch Engine نیاز داریم.
IP178G بیشتر این بخش‌ها را داخل یک تراشه قرار داده است. این آیسی دارای هشت PHY اترنت 10/100 داخلی به همراه Switch Controller و حافظه موردنیاز برای مدیریت بسته‌هاست؛ بنابراین می‌توان با آن یک سوئیچ Fast Ethernet هشت‌پورتی با تعداد کمتری IC اصلی طراحی کرد.
یکی از نقاط قوت IP178G این است که تنها یک سوئیچ بسیار ساده نیست. قابلیت‌هایی مانند VLAN، Priority، QoS، Port Mirroring، Broadcast Storm Protection و Port Trunking نیز در داخل تراشه وجود دارند و بخشی از تنظیمات را می‌توان از طریق پایه‌های سخت‌افزاری، EEPROM یا رابط مدیریتی انجام داد
این قطعه چه کاری انجام می‌دهد؟
IP178G اطلاعات Ethernet واردشده از هشت پورت شبکه را دریافت می‌کند، آدرس‌های MAC بسته‌ها را یاد می‌گیرد و تشخیص می‌دهد هر بسته باید به کدام پورت ارسال شود. به این ترتیب دستگاه‌هایی که به پورت‌های مختلف سوئیچ متصل هستند می‌توانند بدون نیاز به یک پردازنده مرکزی برای جابه‌جایی معمول ترافیک شبکه با یکدیگر ارتباط برقرار کنند.
وجود PHYهای داخلی نیز باعث می‌شود بخش ارتباط فیزیکی با کابل Ethernet داخل خود تراشه انجام شود. در نتیجه IP178G بخش بزرگی از عملکرد اصلی یک سوئیچ شبکه 8 پورت 10/100Mbps را در یک IC فراهم می‌کند.
نحوه راه‌اندازی
راه‌اندازی IP178G نسبت به آی‌سی‌های ساده‌تر نیازمند طراحی دقیق PCB است. ابتدا باید تغذیه 3.3V پایدار برای بخش‌های اصلی فراهم شود. تراشه دارای LDO داخلی برای تولید ولتاژ Core حدود 1.1V است، اما خازن‌های Decoupling و اتصالات بخش تغذیه باید دقیقاً مطابق مدار مرجع دیتاشیت اجرا شوند.
برای کلاک اصلی معمولاً یک کریستال 25MHz به پایه‌های مربوط به Oscillator متصل می‌شود. پس از اعمال صحیح Power و Reset، تراشه تنظیمات موردنیاز را از پایه‌های Strap و در صورت استفاده از EEPROM خارجی دریافت می‌کند. IP178G از EEPROMهای سری 24C01 تا 24C16 برای تنظیمات پشتیبانی می‌کند.
مسیرهای TX و RX هر پورت نیز باید با اصول طراحی Ethernet و کنترل امپدانس PCB مسیرکشی شوند. در بخش Ethernet، Layout، Magnetics، کانکتور RJ45، Grounding و فاصله مسیرهای تفاضلی اهمیت زیادی دارند؛ بنابراین برای طراحی برد جدید بهتر است Application Diagram و توصیه‌های سخت‌افزاری دیتاشیت مبنا قرار گیرند.
سوئیچ شبکه 8 پورت 10/100: کاربرد اصلی IP178G برای ساخت Fast Ethernet Switch مستقل است.
سوئیچ‌های Unmanaged: امکان ساخت سوئیچ‌هایی که برای Switching عادی به پردازنده خارجی نیاز ندارند.
تجهیزات شبکه کم‌مصرف: به دلیل مصرف پایین و قابلیت‌های مدیریت توان.
بردهای Ethernet چندپورتی: برای تجهیزاتی که به چند رابط شبکه Fast Ethernet نیاز دارند.
سوئیچ‌های داخلی تجهیزات الکترونیکی: برای ایجاد چند پورت LAN در یک سیستم یا دستگاه شبکه.
طراحی تجهیزات با VLAN و QoS ساده: قابلیت‌های داخلی تراشه امکان پیاده‌سازی برخی تنظیمات شبکه بدون Switch IC مجزا را فراهم می‌کنند.
تعمیر سوئیچ‌های شبکه: برای بردهایی که از IP178G به‌عنوان Switch Controller اصلی استفاده کرده‌اند.
مزایا
8 پورت Ethernet در یک تراشه: هشت PHY شبکه 10/100 داخل IC قرار گرفته‌اند.
مصرف توان پایین: مصرف تراشه در حالت 8 پورت 100Mbps Full-Duplex فعال حدود 0.95 وات اعلام شده است.
**تغذیه ساده 3.3V **: Core 1.1V نیز توسط LDO داخلی تأمین می‌شود.
Auto MDI/MDIX: نیاز به نگرانی درباره کابل Straight یا Crossover را کاهش می‌دهد.
پشتیبانی از VLAN: تا 16 VLAN با قابلیت‌های IEEE 802.1Q.
QoS داخلی: دو Priority Queue برای هر پورت و پشتیبانی از چند روش اولویت‌بندی.
Port Mirroring: برای مشاهده یا مانیتورکردن ترافیک یک پورت کاربرد دارد.
Port Trunking: امکان Link Aggregation در طراحی مناسب.
Broadcast Storm Protection: برای کنترل Broadcastهای بیش‌ازحد شبکه.
مقاومت‌های 50 اهم داخلی: باعث کاهش تعداد قطعات خارجی موردنیاز در طراحی می‌شود.
نکات ایمنی و طراحی IP178G یک تراشه High-Speed Network است و کیفیت PCB تأثیر مستقیمی بر عملکرد آن دارد. مسیرهای تفاضلی Ethernet باید با Impedance مناسب و طول‌های کنترل‌شده طراحی شوند و بخش Magnetics و RJ45 نیز مطابق اصول استاندارد Ethernet پیاده‌سازی شود. تغذیه 3.3V باید نویز کمی داشته باشد و خازن‌های Decoupling نزدیک پایه‌های تغذیه قرار گیرند. Exposed Pad زیر QFN نیز فقط برای مکانیک نیست و باید به Ground Plane متصل و لحیم شود؛ این اتصال هم برای عملکرد الکتریکی و هم انتقال حرارت اهمیت دارد. همچنین IP178G در نسخه معمولی برای دمای کاری 0 تا 70 درجه سانتی‌گراد مشخص شده است. اگر محصول برای محیط صنعتی با دمای پایین‌تر از صفر یا بالاتر طراحی می‌شود، نسخه صنعتی خانواده باید جداگانه بررسی شود.
نکات قبل از خرید در زمان خرید ابتدا مطمئن شوید Part Number دقیق قطعه IP178G است. مدل‌هایی مانند IP178C، IP178D، IP178GI یا دیگر اعضای خانواده ممکن است از نظر امکانات، شرایط کاری یا Pinout با یکدیگر تفاوت داشته باشند و نباید صرفاً بر اساس شباهت نام جایگزین شوند. پکیج IP178G از نوع 68-Pin QFN با ابعاد حدود 8×8mm و Pitch برابر 0.4mm است؛ بنابراین برای تعویض این قطعه در تعمیرات به تجهیزات مناسب SMD و کنترل دمای مونتاژ نیاز است. اگر قطعه برای طراحی جدید خریداری می‌شود، قبل از سفارش بهتر است نیاز واقعی پروژه نیز بررسی شود. IP178G یک Fast Ethernet 10/100 است و از Gigabit Ethernet پشتیبانی نمی‌کند؛ بنابراین برای پروژه‌هایی که به 1Gbps نیاز دارند باید خانواده دیگری انتخاب شود
سوالات متداول
آیا IP178G برای ساخت سوئیچ شبکه حتماً به میکروکنترلر نیاز دارد؟
خیر. IP178G برای ساخت Standalone / Unmanaged Fast Ethernet Switch طراحی شده و بسیاری از تنظیمات آن را می‌توان از طریق پایه‌های سخت‌افزاری یا EEPROM انجام داد. بنابراین برای عملیات معمول Switching وجود MCU خارجی الزامی نیست.
آیا برای هشت پورت IP178G باید هشت PHY جداگانه روی برد قرار داد؟
خیر. یکی از مزایای اصلی این تراشه وجود هشت PHY 10/100 داخلی است. البته برای اتصال هر پورت به کابل شبکه همچنان بخش‌های خارجی مربوط به Magnetics و کانکتور Ethernet موردنیاز هستند.
اگر بعد از تعویض IP178G هیچ پورتی Link نشد، چه بخش‌هایی باید بررسی شوند؟
در تعمیرات بهتر است ابتدا تغذیه 3.3V، ولتاژ Core، کلاک 25MHz، وضعیت RESET، اتصالات Magnetics و خطوط TX/RX بررسی شوند. خرابی یا نبود کلاک و Reset صحیح می‌تواند باعث شود تمام پورت‌ها هم‌زمان بدون Link باقی بمانند. کلاک 25MHz و Reset از سیگنال‌های اصلی راه‌اندازی این IC هستند.
آیا IP178G می‌تواند در یک شبکه Gigabit استفاده شود؟
خود IP178G فقط از Ethernet 10/100Mbps پشتیبانی می‌کند و پورت Gigabit داخلی ندارد. اگر تمام تجهیزات شبکه به سرعت 1Gbps نیاز دارند، باید از یک Switch Controller گیگابیتی استفاده شود.
جمع‌بندی
IP178G برای طراحی‌هایی مناسب است که در آن‌ها هدف، پیاده‌سازی تعداد زیادی پورت Fast Ethernet با کمترین تعداد تراشه اصلی باشد. ترکیب هشت PHY، Switch Engine، حافظه Packet و قابلیت‌های مدیریتی پایه در یک QFN کوچک می‌تواند BOM و پیچیدگی سخت‌افزار یک سوئیچ 8 پورتی را کاهش دهد.
نقطه‌ای که در انتخاب این قطعه باید جدی گرفته شود، محدودبودن آن به 10/100Mbps است. برای تعمیر تجهیزات موجود یا محصولات Fast Ethernet این موضوع مشکلی ایجاد نمی‌کند، اما در طراحی یک محصول جدید باید نیاز آینده سیستم به Gigabit نیز در نظر گرفته شود. از طرف دیگر، Layout دقیق بخش Ethernet، کلاک و تغذیه برای رسیدن به عملکرد پایدار به‌اندازه انتخاب خود IC اهمیت دارند.
توضیحات تکمیلی
مصرف پایین و تغذیه 3.3V نیز باعث شده IP178G برای سوئیچ‌های Fast Ethernet مستقل و تجهیزات شبکه کم‌مصرف مناسب باشد
