آی‌سی سوئیچ شبکه IP178G

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.
دانلود دیتاشیت آی‌سی سوئیچ شبکه IP178G

کاربردها

• 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.

سوالات متداول

1. 1

   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.
2. 2

   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.
3. 3

   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.
4. 4

   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.