Combat réel VOOHU : Comment implémenter la solution de commutation non gérée - Sélection de puce de commutation (100 M/Gigabit) et conception de port réseau magnétique RJ45 intégré pour éviter les pièges

Les commutateurs non gérés à 5 et 8 ports (Unmanaged Switches), les petits commutateurs de bureau, les « commutateurs insensés » pour surveiller les boîtiers de courant faible et la nécessité « d'étendre quelques ports réseau supplémentaires » sur la carte mère font partie des produits Ethernet les plus livrés. Lignes secondaires de sécurité, interphones de bâtiments, passerelles industrielles, boîtiers décodeurs/modems optiques, ordinateurs de bureau - ils sont utilisés presque partout. Lorsque de nombreux ingénieurs matériels fabriquent ce type de carte pour la première fois, ils se retrouvent confrontés aux mêmes questions : dois-je choisir des puces de commutation de 100 M ou 100 M, et combien de ports dois-je choisir ? Le PHY étant intégré à la puce, avez-vous besoin d'un transformateur réseau au niveau du port réseau et comment le configurer ? Pourquoi la première version de la preuve ne peut-elle pas être négociée dès la mise sous tension, ou que le test de rayonnement CEM dépasse la norme, ou que le test ESD échoue ?

Ces problèmes peuvent paraître dispersés, mais leurs racines résident en réalité dans la sélection et la coordination de la liaison « puce de commutation + parties magnétiques du port réseau + protection du port ». Cet article part de la structure de la couche physique de la puce de commutation de gestion non-réseau, explique à la fois la logique de sélection, les points de conception du port réseau et les pièges les plus courants, et donne des suggestions de sélection pratiques basées sur la puce de commutation sur étagère de VOOHU, le RJ45 magnétique intégré et le transformateur réseau.

1. Qu'est-ce qui est exactement intégré à l'intérieur de la puce de commutation de gestion non-réseau ?

Pour choisir le bon matériau, regardez d’abord les limites des copeaux. Un périphérique de gestion non-réseauPuce de commutation, essentiellement égal à "Switch Core (y compris la table d'adresses MAC et le cache de messages) + Ethernet de chaque portPHY+Interconnexion SerDes/MII interne". En d'autres termes, MAC et PHY ont été intégrés dans la puce. Ce que les ingénieurs voient sur le diagramme schématique ne sont que plusieurs ensembles de ports différentiels MDI, d'alimentation, d'oscillateur à cristal d'horloge et de pilote de LED. C'est pourquoi elle est plus sans problème et plus rentable que la solution "PHY + MAC indépendant".

Mais voici une conclusion clé qu’il faut garder à l’esprit : la puce de commutation intègre le PHY, mais n’intègre pas et ne peut pas intégrer le transformateur réseau. La paire différentielle MDI de chaque port de câble en cuivre (10Base-T/100Base-TX/1000Base-T) doit toujours passer par un transformateur réseau (ou un module magnétique à l'intérieur du RJ45 magnétique intégré) avant de pouvoir être connectée au RJ45 et connectée hors du châssis. Le transformateur réseau est responsable de l'isolation électrique de 1 500-3 000 V, de la suppression du bruit en mode commun et de l'adaptation d'impédance du canal de l'émetteur-récepteur. Ces trois éléments ne peuvent pas être remplacés par un PHY à base de silicium. Si l'isolation magnétique du port réseau est omise, l'EMC/ESD ne pourra pas passer, ou la circulation au sol provoquée par la différence de potentiel au sol tuera directement le port.

1.1 Quelle est la différence entre les ports réseau entre les puces 100M et les puces Gigabit ?

100M (100Base-TX) n'utilise que deux paires de lignes, une paire pour la transmission et une paire pour la réception, et le transformateur réseau correspondant est une structure 2+2 ; Gigabit (1000Base-T) comporte quatre paires de lignes participant toutes à la transmission et à la réception full-duplex, et le transformateur réseau est une structure à quatre-paires. La prise centrale, la self de mode commun et la terminaison sont doublées, et les exigences en matière de perte de réflexion, de diaphonie de proximité (NEXT) et de taux de suppression de mode commun sont également plus strictes. Une erreur à haute fréquence dans le projet est d'équiper le port Gigabit d'un changeur de réseau qui ne peut fonctionner qu'à 100M. En conséquence, soit le Gigabit ne peut pas être négocié et la vitesse ne peut être réduite qu'à 100 Mo, soit le taux d'erreur binaire monte en flèche et les paquets sont perdus dès que de longs câbles sont branchés. Le niveau de vitesse est donc la première ligne rouge pour sélectionner les composants magnétiques pour les ports réseau.

1.2 Comment choisir entre RJ45 magnétique intégré et transformateur réseau discret + RJ45 ordinaire ?

RJ45 magnétique intégré (Mag-Jack, comme VOOHURJ45 magnétique intégréSérie SYT) place le transformateur réseau, l'inductance de mode commun et le connecteur RJ45 dans la même coque de connecteur, économisant ainsi de l'espace sur la carte et du câblage, et raccourcissant naturellement la longueur du câblage du PHY aux pièces magnétiques. Il a une bonne cohérence de production en série et est particulièrement adapté aux cartes mères switch avec un grand nombre de ports et un espace restreint ; le prix est un prix unitaire légèrement plus élevé et moins de flexibilité. Plan discret (Transformateur de réseau+ RJ45 ordinaire), le coût d'une seule carte est inférieur, les pièces magnétiques peuvent être sélectionnées et remplacées individuellement, et la tension de tenue et le courant PoE peuvent être plus élevés, mais il occupe une grande surface de carte, a un long câblage et a des exigences de disposition plus élevées.

Décision en une phrase : avec un grand nombre de ports, un espace restreint et la recherche de la cohérence des lots, la priorité est donnée à l'intégration du RJ45 magnétique ; pour des besoins extrêmement sensibles aux coûts, une tension de tenue d'isolement plus élevée ou une plus grande capacité de surintensité PoE et la possibilité de remplacer de manière flexible les pièces magnétiques, choisissez une solution discrète. Les principes électriques des deux sont exactement les mêmes, et la seule différence réside dans le compromis entre intégration, coût et flexibilité.

1.3 Pourquoi la négociation ne peut-elle pas fonctionner dès la mise sous tension, ou pourquoi le test EMC/ESD échoue-t-il ?

Échec de négociation ou ralentissement inexplicable : très probablement, les traces entre la paire différentielle MDI et le transformateur réseau ne sont pas égales en longueur à 100 Ω, le condensateur de découplage de la prise centrale (généralement 0,1 µF/1 kV) est manquant ou la tension de tenue est insuffisante, la terminaison Bob-Smith (75 Ω + 1 000 pF/2 kV) n'est pas correctement adaptée, ou simplement le niveau de taux du transformateur réseau est insuffisant. Le rayonnement CEM (RE) dépasse la norme : il est courant lorsque les paires différentielles sont de longueur inégale et que le bruit de mode commun n'est pas ajouté par le transformateur du réseau.Inductance de mode commun de ligne de signalMauvaise gestion de la suppression efficace, de la masse du châssis et de la masse du signal. Port ESD/surtension : RJ45 est un port directement exposé et doit être ajouté du côté câble du transformateur.Réseau ESD/TVS, dans des scénarios extérieurs ou de protection contre la foudre, superposez ensuite le tube à décharge gazeuse GDT à la prise centrale/à la masse du châssis. La plupart de ces écueils peuvent être évités à l’avance lors des étapes de sélection et d’aménagement.

2. Suggestions de sélection de solutions de commutateur non gérées VOOHU

Concrètement, il est recommandé de suivre le processus en trois étapes « Combien de ports → Quelle vitesse → Intérieur ou industriel » et d'assembler simultanément la puce, les composants magnétiques du port réseau et la protection du port.

La première étape consiste à commander la puce de commutation. Pour ordinateur de bureau/bureau 5-port 100M, choisissez JL5104/JL5105 ; pour la surveillance et les boîtiers de courant faible avec 8-ports 100M, choisissez JL5108 ; pour la maison/SOHO 5-port Gigabit, choisissez JL6105 ; pour les commutateurs industriels nécessitant 8 ports Gigabit ou même des liaisons montantes optiques, choisissez JL6108/JL6110 (prend en charge le port SGMII/1000Base-X-optique). En termes de température de fonctionnement, le suffixe commercial -NC (0~70℃) est utilisé pour les produits de consommation intérieurs, et le suffixe industriel -NI (-40~85℃) est utilisé pour les châssis extérieurs, les puits industriels à courant faible, les ateliers et autres scénarios de température large pour laisser une marge de température suffisante.

La deuxième étape consiste à déterminer les parties magnétiques du port réseau. S'il y a de nombreux ports et un espace restreint, utilisez le RJ45 magnétique intégré (série SYT, par exemple, SYT811B198FA2A10DQB pour 8 ports, SYT111B372EA2A1DFL pour un seul port) ; sensible au coût Ou si vous avez besoin d'une tension de tenue plus élevée et d'un courant PoE plus important, utilisez un transformateur réseau discret (Gigabit simple-port WHSG24701D1, double-port WHDG48201P1, transformateur réseau 10/100 pour port 100M) + RJ45 ordinaire. La troisième étape consiste à déterminer la protection et la CEM. Réservez ESD/TVS du côté du câble MDI pour chaque port, réservez les inducteurs de mode commun de ligne de signal (tels que WHAC3225B, WHLC2012A) pour la rectification des rayonnements et empilez le GDT pour la protection extérieure/contre la foudre.

Description : Choisissez -NC pour les spécifications commerciales, choisissez -NI pour les spécifications industrielles ; le RJ45 magnétique intégré a le même principe électrique que le transformateur réseau discret, et vous pouvez en choisir un en fonction de l'espace, du coût, des exigences de tension de tenue/PoE ; le port optique est relié au SGMII/1000Base-X de la puce de commutation de scène, équipée d'un connecteur SFP.

3. Conclusion : faire avancer le risque de sélection jusqu’au stade de la conception

Le commutateur non géré semble être le « produit Ethernet le plus simple », mais ce qui détermine réellement s'il peut être testé une fois et produit en série sans réparation, c'est la correspondance entre la vitesse de la puce de commutation et la sélection du numéro de port, le magnétisme du port réseau (intégré ou discret) et la protection du port. N'oubliez jamais la ligne rouge : la puce intègre le PHY, mais elle n'intégrera jamais le transformateur réseau, et même une seule pièce d'isolation magnétique pour le port réseau ne peut être omise. L'utilisation de la puce de commutation de VOOHU, du RJ45 magnétique intégré et du transformateur réseau à plein débit, de l'inductance de mode commun, de l'ESD/TVS/GDT pour construire une nomenclature homologue peut déplacer les risques de sélection et de disposition de la ligne de production à l'étape de conception, rendant la solution plus simple et plus fiable, et rendant la certification ultérieure et la livraison par lots plus sans souci.

Foire aux questions (FAQ)

T1. La puce de commutation a intégré PHY, ai-je besoin d'un transformateur réseau ?

Il faut. La puce intègre MAC et PHY. Le transformateur réseau est responsable de l'isolation électrique (1 500 ~ 3 000 V), de la suppression du mode commun et de l'adaptation d'impédance, qui ne peuvent pas être remplacés par la puce. Si vous omettez le changement de réseau, au moins l'EMC/ESD ne passera pas, ou au pire, la circulation au sol provoquée par la différence de potentiel au sol tuera directement les ports. Assurez-vous de les conserver un par un.

Q2. Pour un commutateur non géré 5-ports/8-ports, dois-je choisir une puce 100 M ou 1 000 M ?

Regardez les exigences du lien. Pour la surveillance pure, le contrôle d'accès et le branchement d'anciens équipements, 100 M suffisent. Il est plus rentable de choisir JL51xx (tel que JL5105/JL5108) ; pour la maison/le bureau, la liaison NVR et le réseau fédérateur industriel, choisissez Gigabit JL61xx (tel que JL6105/JL6108). Ne vous tournez pas aveuglément vers le Gigabit en raison de « bons paramètres ». Les coûts de transformation et de mise en page du réseau Gigabit sont plus élevés.

Q3. Comment choisir entre RJ45 magnétique intégré et « transformateur réseau discret + RJ45 ordinaire » ?

Si vous disposez d'un grand nombre de ports, d'un espace restreint et recherchez la cohérence des lots, choisissez le RJ45 magnétique intégré (série SYT) pour économiser les cartes et le câblage ; si vous êtes extrêmement sensible aux coûts et si vous avez besoin d'une résistance à la tension plus élevée ou d'un courant PoE plus important, ainsi que d'un remplacement flexible des pièces magnétiques, choisissez une solution discrète. Les principes électriques des deux sont les mêmes, mais les différences résident dans l'intégration, le coût et la flexibilité.

Q4. Dois-je choisir des puces de commutation commerciales ou industrielles ? Quelle est la différence entre -NC et -NI ?

Regardez la température ambiante. -NC est une spécification commerciale (0 ~ 70 ℃), utilisée pour les bureaux/bureaux intérieurs ; -NI est une spécification industrielle (-40~85℃), utilisée pour les châssis extérieurs, les puits industriels à courant faible et les ateliers. Une marge de température insuffisante entraînera des pannes à haute température et une perte aléatoire de paquets. Assurez-vous de choisir -NI dans des scénarios-de températures étendues.

Q5. L'exemple de port Gigabit ne peut pas être négocié ou ne peut fonctionner qu'à 100 Mbit/s, que dois-je vérifier en premier ?

Vérifiez d'abord le niveau de débit variable du réseau (doit être de 100/1000 ou plus), si les quatre paires de différentiels MDI sont égales à 100 Ω, si le condensateur de prise centrale et la terminaison Bob-Smith sont complets, puis vérifiez le bracelet de puce et l'horloge. Environ 80 % des problèmes sont dus à des problèmes de sélection de composants magnétiques ou de terminaison plutôt qu'à la configuration logicielle.

Q6. Le rayonnement CEM (RE) d'un commutateur multi-port dépasse la norme. Comment y remédier ?

Assurez-vous d'abord que la suppression du mode commun de chaque transformateur de réseau de port est en place et que les paires différentielles sont de longueur égale, puis réservez l'inductance de mode commun de la ligne de signal (telle que WHAC3225B, WHLC2012A) entre le PHY et le transformateur de réseau et installez-la port par port. Coopérez avec la masse du châssis et la terminaison Bob-Smith. La plupart des RE qui dépassent la norme peuvent être supprimées.

Q7. Les ports réseau du commutateur nécessitent-ils une protection ESD et contre les surtensions ? Où l'ajouter ?

RJ45 est un port exposé et doit être protégé. Le réseau ESD/TVS est ajouté du côté câble du transformateur (MDI à la terre) ; à l'extérieur ou lorsqu'une protection contre la foudre est requise, le tube à décharge de gaz GDT est empilé sur la prise centrale/la masse du châssis. Pour les produits de consommation intérieure, utilisez au moins un réseau ESD. Ne courez pas nu.

Q8. Est-il possible de regrouper des puces de commutation, des ports réseau et des composants magnétiques au même endroit ?

faisable. Les puces de commutation de VOOHU, les transformateurs magnétiques RJ45 et réseau à plein débit intégrés, les inductances de mode commun et les ESD/TVS/GDT sont fournis par la même source. Il peut configurer la nomenclature en un seul arrêt et fournir des suggestions de broche à broche et de disposition, raccourcissant ainsi le cycle de sélection et de vérification.