VOOHU tatsächlicher Kampf: So implementieren Sie die nicht verwaltete Switch-Lösung - Auswahl des Switching-Chips (100 M/Gigabit) und integriertes magnetisches RJ45-Netzwerkport-Design, um Fallstricke zu vermeiden

Unmanaged Switches mit 5 und 8 Ports (Unmanaged Switches), kleine Desktop-Switches, „Fool Switches“ zur Überwachung schwacher Stromboxen und die Notwendigkeit, „ein paar weitere Netzwerk-Ports“ auf dem Motherboard zu erweitern, gehören zu den am häufigsten ausgelieferten Ethernet-Produkten. Sicherheitsabzweigleitungen, Gebäude-Gegensprechanlagen, Industrie-Gateways, Set-Top-Boxen/optische Modem-Unterbauten, Büro-Desktops - Sie werden fast überall verwendet. Wenn viele Hardware-Ingenieure diese Art von Platine zum ersten Mal herstellen, bleiben sie bei den gleichen Fragen: Soll ich 100M- oder 100M-Switching-Chips wählen und wie viele Ports soll ich wählen? Da der PHY in den Chip integriert ist, benötigt man einen Netzwerktransformator am Netzwerkport und wie konfiguriert man ihn? Warum kann die erste Version des Nachweises nicht sofort nach dem Einschalten ausgehandelt werden, oder warum liegt der EMV-Strahlungstest über der Norm oder der ESD-Test ist fehlgeschlagen?

Diese Probleme mögen verstreut erscheinen, aber ihre Wurzeln liegen tatsächlich in der Auswahl und Koordination der Verbindung „Switching-Chip + Netzwerk-Port-Magnetteile + Port-Schutz“. Dieser Artikel beginnt mit der Struktur der physikalischen Schicht des Nicht-Netzwerkmanagement-Switching-Chips, erklärt gleichzeitig die Auswahllogik, die Designpunkte des Netzwerk-Ports und die häufigsten Fallstricke und gibt praktische Auswahlvorschläge basierend auf dem On--shelf-Switching-Chip von VOOHU, dem integrierten magnetischen RJ45 und dem Netzwerktransformator.

1. Was genau ist im Non-Network-Management-Switching-Chip integriert?

Um das richtige Material auszuwählen, schauen Sie sich zunächst die Spangrenzen an. Ein Nicht-NetzwerkverwaltungsgerätChip wechseln, im Wesentlichen gleich „Switch Core (einschließlich MAC-Adresstabelle und Nachrichtencache) + Ethernet jedes PortsPHY+Interne SerDes/MII-Verbindung“. Mit anderen Worten, sowohl MAC als auch PHY wurden in den Chip integriert. Was Ingenieure auf dem schematischen Diagramm sehen, sind nur mehrere Sätze von MDI-Differenzports, Netzteil, Taktquarzoszillator und LED-Treiber. Aus diesem Grund ist es störungsfreier und kostengünstiger als die Lösung „PHY + unabhängiger MAC“.

Aber hier ist eine wichtige Schlussfolgerung, die man im Hinterkopf behalten muss: Der Switching-Chip integriert den PHY, aber nicht und kann den Netzwerktransformator nicht integrieren. Das MDI-Differentialpaar jedes Kupferkabelports (10Base-T/100Base-TX/1000Base-T) muss noch einen Netzwerktransformator (oder ein Magnetmodul im integrierten magnetischen RJ45) durchlaufen, bevor es mit dem RJ45 verbunden und aus dem Gehäuse heraus verbunden werden kann. Der Netzwerktransformator ist für die elektrische Isolierung von 1500 - 3000 V, die Gleichtaktrauschunterdrückung und die Impedanzanpassung des Transceiver-Kanals verantwortlich – diese drei Dinge können nicht durch einen PHY auf Siliziumbasis ersetzt werden. Wenn die magnetische Isolierung des Netzwerk-Ports weggelassen wird, kann die EMV/ESD nicht passieren, oder die durch die Erdpotentialdifferenz verursachte Erdzirkulation führt direkt zum Absterben des Ports.

1.1 Was ist der Unterschied zwischen Netzwerkports zwischen 100M-Chips und Gigabit-Chips?

100M (100Base-TX) verwendet nur zwei Leitungspaare, ein Paar zum Senden und ein Paar zum Empfangen, und der entsprechende Netzwerktransformator ist eine 2+2-Struktur; Gigabit (1000Base-T) verfügt über vier Leitungspaare, die alle an der Vollduplex-Übertragung und dem Vollduplex-Empfang beteiligt sind, und der Netzwerktransformator ist eine Vierpaar-Struktur. Der Mittelabgriff, die Gleichtaktdrossel und der Abschluss werden verdoppelt, und auch die Anforderungen an Rückflussdämpfung, Nahnebensprechen (NEXT) und Gleichtaktunterdrückungsverhältnis sind strenger. Ein großer Fehler im Projekt besteht darin, den Gigabit-Port mit einem Netzwerkwechsler auszustatten, der nur mit 100 M laufen kann. Dadurch kann entweder Gigabit nicht ausgehandelt werden und die Geschwindigkeit kann nur auf 100 M reduziert werden, oder die Bitfehlerrate steigt und Pakete gehen verloren, sobald lange Kabel eingesteckt werden. Daher ist die Geschwindigkeitsstufe die erste rote Linie bei der Auswahl magnetischer Komponenten für Netzwerkports.

1.2 Wie wählt man zwischen integriertem magnetischem RJ45 und diskretem Netzwerktransformator + gewöhnlichem RJ45?

Integrierter magnetischer RJ45 (Mag-Jack, wie VOOHUIntegrierter magnetischer RJ45Bei der SYT-Serie sind der Netzwerktransformator, die Gleichtaktinduktivität und der RJ45-Stecker im selben Steckergehäuse untergebracht, was Platz auf der Platine und Verkabelung spart und natürlich die Verkabelungslänge vom PHY zu den magnetischen Teilen verkürzt. Es verfügt über eine gute Massenproduktionskonsistenz und eignet sich besonders für Switch-Motherboards mit einer großen Anzahl von Anschlüssen und wenig Platz; Der Preis ist ein etwas höherer Stückpreis und weniger Flexibilität. Diskreter Plan (Netzwerktransformator+ gewöhnliches RJ45), die Einzelplatinenkosten sind niedriger, die magnetischen Teile können einzeln ausgewählt und ausgetauscht werden und die Spannungsfestigkeit und der PoE-Strom können höher sein, aber es nimmt eine große Platinenfläche ein, hat eine lange Verkabelung und höhere Layoutanforderungen.

Entscheidung in einem Satz: Bei einer großen Anzahl von Ports, beengten Platzverhältnissen und dem Streben nach Chargenkonsistenz wird der Integration von magnetischem RJ45 Vorrang eingeräumt; Wählen Sie für extrem kostensensible Anforderungen, höhere Isolationsfestigkeitsspannung oder größere PoE-Überstromfähigkeit und die Möglichkeit, magnetische Teile flexibel auszutauschen, eine diskrete Lösung. Die elektrischen Prinzipien der beiden sind genau die gleichen, und der einzige Unterschied besteht im Kompromiss zwischen Integration, Kosten und Flexibilität.

1.3 Warum funktioniert die Verhandlung nicht, sobald der Strom eingeschaltet wird, oder warum schlägt der EMV/ESD-Test fehl?

Fehler beim Verhandeln oder unerklärliche Verlangsamung: Höchstwahrscheinlich haben die Leiterbahnen zwischen dem MDI-Differenzialpaar und dem Netzwerktransformator nicht die gleiche Länge wie 100 Ω, der Entkopplungskondensator mit Mittelabgriff (typischerweise 0,1 µF/1 kV) fehlt oder die Spannungsfestigkeit ist unzureichend, der Bob-Smith-Abschluss (75 Ω + 1000 pF/2 kV) ist nicht richtig angepasst oder einfach der Ratenpegel des Netzwerktransformators ist unzureichend. Die EMV-Strahlung (RE) geht über den Standard hinaus: Dies kommt häufig vor, wenn Differenzpaare ungleiche Längen haben und Gleichtaktstörungen nicht durch den Netzwerktransformator hinzugefügt werden.Signalleitungs-GleichtaktinduktivitätUnsachgemäßer Umgang mit wirksamer Unterdrückung, Gehäuseerde und Signalerde. ESD-/Überspannungsschutzanschluss: RJ45 ist ein direkt freiliegender Anschluss und muss auf der Kabelseite des Transformators hinzugefügt werden.ESD/TVS-Array, in Außen- oder Blitzschutzszenarien, dann überlagern Sie die GDT-Gasentladungsröhre mit dem Mittelabgriff/Gehäuseerde. Die meisten dieser Fallstricke können schon im Vorfeld bei der Auswahl und Gestaltung vermieden werden.

2. Vorschläge zur Auswahl der Unmanaged Switch-Lösung von VOOHU

In der Praxis wird empfohlen, dem dreistufigen Prozess „Wie viele Ports → Welche Geschwindigkeit → Innen- oder Industriebereich“ zu folgen und den Chip, die magnetischen Komponenten des Netzwerkports und den Portschutz gleichzeitig zu montieren.

Der erste Schritt besteht darin, den Schaltchip zu bestellen. Wählen Sie für Desktop/Office 5-Port 100M JL5104/JL5105; für Überwachungs- und Schwachstromboxen mit 8-Port 100M wählen Sie JL5108; für Heim-/SOHO-5-Port-Gigabit wählen Sie JL6105; Für Industrie-Switches, die 8-Port-Gigabit- oder sogar optische Uplinks benötigen, wählen Sie JL6108/JL6110 (unterstützt SGMII/1000Base-X-optischen Port). In Bezug auf die Betriebstemperatur wird das kommerzielle Suffix -NC (0~70℃) für Verbraucherprodukte in Innenräumen verwendet, und das industrielle Suffix -NI (-40~85℃) wird für Chassis im Freien, industrielle Schwachstrombrunnen, Werkstätten und andere Szenarien mit großem Temperaturbereich verwendet, um ausreichend Spielraum für die Temperatur zu lassen.

Der zweite Schritt besteht darin, die magnetischen Teile des Netzwerkports zu bestimmen. Wenn es viele Ports und wenig Platz gibt, verwenden Sie integrierten magnetischen RJ45 (SYT-Serie, zum Beispiel SYT811B198FA2A10DQB für 8 Ports, SYT111B372EA2A1DFL für einen Port). Kostenempfindlich. Oder wenn Sie eine höhere Spannungsfestigkeit und einen größeren PoE-Strom benötigen, verwenden Sie einen diskreten Netzwerktransformator (Gigabit Single-Port WHSG24701D1, Dual-Port WHDG48201P1, 10/100 Netzwerktransformator für 100M-Port) + gewöhnliches RJ45. Im dritten Schritt geht es um die Bestimmung des Schutzes und der EMV. Reservieren Sie ESD/TVS auf der MDI-Kabelseite für jeden Port, reservieren Sie Signalleitungs-Gleichtaktinduktivitäten (z. B. WHAC3225B, WHLC2012A) für die Strahlungsgleichrichtung und stapeln Sie GDT für den Außen-/Blitzschutz.

Beschreibung: Wählen Sie -NC für kommerzielle Spezifikationen, wählen Sie -NI für industrielle Spezifikationen; Der integrierte magnetische RJ45 hat das gleiche elektrische Prinzip wie der diskrete Netzwerktransformator, und Sie können einen entsprechend Platz, Kosten, Spannungsfestigkeit/PoE-Anforderungen auswählen; Der optische Port ist mit SGMII/1000Base-X des Szenenschalter-Chips verbunden und mit einem SFP-Anschluss ausgestattet.

3. Fazit: Verlagern Sie das Auswahlrisiko in die Entwurfsphase

Der unmanaged Switch scheint das „einfachste Ethernet-Produkt“ zu sein, aber was wirklich darüber entscheidet, ob er einmal getestet und ohne Reparatur in Serie produziert werden kann, ist die Abstimmung zwischen der Geschwindigkeit des Switching-Chips und der Auswahl der Portnummer, der Netzwerk-Port-Magnetik (integriert oder diskret) und dem Port-Schutz. Bitte denken Sie immer an die rote Linie: Der Chip integriert den PHY, aber er wird niemals den Netzwerktransformator integrieren, und nicht einmal ein einziges Stück magnetische Isolierung für den Netzwerkport kann weggelassen werden. Durch die Verwendung des Schaltchips von VOOHU, des integrierten magnetischen RJ45- und Full-Rate-Netzwerktransformators, der Gleichtaktinduktivität, des ESD/TVS/GDT zum Aufbau einer homologen Stückliste können die Auswahl- und Layoutrisiken von der Produktionslinie auf die Entwurfsphase verlagert werden, wodurch die Lösung einfacher und zuverlässiger wird und die anschließende Zertifizierung und Chargenlieferung sorgenfreier wird.

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

Q1. Der Switching-Chip verfügt über einen integrierten PHY. Benötige ich einen Netzwerktransformator?

Muss. Der Chip integriert MAC und PHY. Der Netzwerktransformator ist für die elektrische Isolierung (1500–3000 V), die Gleichtaktunterdrückung und die Impedanzanpassung verantwortlich und kann nicht durch den Chip ersetzt werden. Wenn Sie die Netzwerkänderung unterlassen, wird zumindest die EMC/ESD nicht bestanden, oder im schlimmsten Fall wird die durch die Erdpotentialdifferenz verursachte Erdzirkulation die Ports direkt zerstören. Bewahren Sie sie unbedingt einzeln auf.

Q2. Sollte ich für einen nicht verwalteten 5-Port-/8-Port-Switch den 100-M- oder den 1000-M-Chip wählen?

Schauen Sie sich die Linkanforderungen an. Für reine Überwachung, Zugangskontrolle und Altgeräteverzweigung reichen 100 Mio. aus. Es ist kostengünstiger, JL51xx (z. B. JL5105/JL5108) zu wählen. Wählen Sie für Heim/Büro, NVR-Backhaul und Industrie-Backbone Gigabit JL61xx (z. B. JL6105/JL6108). Steigen Sie nicht blind wegen „gut aussehender Parameter“ auf Gigabit um. Die Kosten für die Transformation und das Layout von Gigabit-Netzwerken sind höher.

Q3. Wie kann man zwischen integriertem magnetischem RJ45 und „diskretem Netzwerktransformator + gewöhnlichem RJ45“ wählen?

Wenn Sie über eine große Anzahl von Ports verfügen, wenig Platz haben und eine Chargenkonsistenz anstreben, entscheiden Sie sich für den integrierten magnetischen RJ45 (SYT-Serie), um Platinen und Verkabelung zu sparen. Wenn Sie äußerst kostensensibel sind und einen höheren Spannungswiderstand oder einen größeren PoE-Strom sowie einen flexiblen Austausch magnetischer Teile benötigen, wählen Sie eine diskrete Lösung. Die elektrischen Prinzipien beider sind gleich, die Unterschiede liegen jedoch in der Integration, den Kosten und der Flexibilität.

Q4. Sollte ich kommerzielle oder industrielle Schaltchips wählen? Was ist der Unterschied zwischen -NC und -NI?

Schauen Sie sich die Umgebungstemperatur an. -NC ist eine kommerzielle Spezifikation (0~70℃), die für Desktops/Büros im Innenbereich verwendet wird; -NI ist eine Industriespezifikation (-40~85℃), die für Fahrgestelle im Freien, industrielle Schwachstrombrunnen und Werkstätten verwendet wird. Eine unzureichende Temperaturspanne führt zu Abstürzen bei hohen Temperaturen und zufälligem Paketverlust. Wählen Sie unbedingt -NI in Szenarios mit großem Temperaturbereich.

F5. Der Beispiel-Gigabit-Port kann nicht ausgehandelt werden oder kann nur 100 Mbit/s ausführen. Was sollte ich zuerst überprüfen?

Überprüfen Sie zunächst den variablen Ratenpegel des Netzwerks (muss 100/1000 oder höher sein), ob die vier MDI-Differenzialpaare gleich 100 Ω sind, ob der Mittelabgriffskondensator und der Bob-Smith-Abschluss vollständig sind, und überprüfen Sie dann die Chipbrücke und die Uhr. Ungefähr 80 % der Probleme werden eher durch Probleme bei der Auswahl oder dem Abschluss magnetischer Komponenten als durch Softwarekonfiguration verursacht.

F6. Die EMV-Strahlung (RE) eines Multiport-Switches liegt über der Norm. Wie kann man es beheben?

Stellen Sie zunächst sicher, dass die Gleichtaktunterdrückung jedes Port-Netzwerktransformators vorhanden ist und die Differenzpaare die gleiche Länge haben. Reservieren Sie dann die Signalleitungs-Gleichtaktinduktivität (z. B. WHAC3225B, WHLC2012A) zwischen dem PHY und dem Netzwerktransformator und installieren Sie ihn Port für Port. Arbeiten Sie mit der Gehäuseerdung und dem Bob-Smith-Anschluss zusammen. Die meisten REs, die über den Standard hinausgehen, können unterdrückt werden.

F7. Benötigen Switch-Netzwerk-Ports ESD- und Überspannungsschutz? Wo kann man es hinzufügen?

RJ45 ist ein exponierter Port und muss geschützt werden. Das ESD/TVS-Array wird auf der Kabelseite des Transformators hinzugefügt (MDI zur Erde); Im Außenbereich oder wenn Blitzschutz erforderlich ist, wird die GDT-Gasentladungsröhre an den Mittelabgriff/Gehäuseerde gestapelt. Verwenden Sie für Verbraucherprodukte für den Innenbereich zumindest ein ESD-Array. Laufen Sie nicht nackt.

F8. Ist es möglich, Schaltchips, Netzwerkanschlüsse und magnetische Komponenten an einem Ort zu haben?

machbar. Die Schaltchips von VOOHU, die integrierten magnetischen RJ45- und Full-Rate-Netzwerktransformatoren, Gleichtaktinduktivitäten und ESD/TVS/GDT werden aus derselben Quelle geliefert. Es kann die Stückliste in einem Schritt konfigurieren und Pin-to-Pin- und Layout-Vorschläge bereitstellen, wodurch der Auswahl- und Überprüfungszyklus verkürzt wird.