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基于亞信AX88179A芯片的USB 3.2轉千兆以太網設計

深圳覓感科技有限公司 ? 2023-03-17 09:59 ? 次閱讀

透過已被廣泛使用于各種消費電子產品USB接口,亞信電子AX88179A USB 3.2 Gen1轉千兆以太網芯片解決方案,可以為輕薄短小的筆記本電腦智能手機、平板電腦、游戲機等智能連網設備,提供一個高速穩定、簡單設計、容易使用、高性價比的有線連網最佳解決方案。

為輕薄省電的智能連網設備提供高速穩定的有線網絡- USB以太網芯片

USB通信接口由于硬件設計很簡單與具有高傳輸速度的特性,迅速發展成為大部分行動設備的標準通信接口。 USB 2.0通信接口(只需要4引腳),最大傳輸速度可達480 Mbps;USB 3.2 Gen1通信接口(只需要9引腳),支持可雙向插拔的USB Type-C通信接口,最大傳輸速度可達5 Gbps;最新推出的USB 4.0標準(只需要24引腳),最大傳輸速度更可達40 Gbps,以符合未來超高速通信接口的市場需求。另外,USB通用串行總線技術可支持熱插拔(Hot-Swap)、即插即用(Plug &Play)與大電流快速充電的便捷功能,因此現在已經廣泛使用于各種計算機周邊設備、筆記本電腦、智能手機、平板電腦、手持式行動裝置、游戲機等智能連網設備,成為現代智能世代科技中最重要的通信接口之一。

現代的智能連網設備皆講求可攜性及輕薄短小之特性,因此大部分都以Wi-Fi無線網絡或4G/5G網絡為主要的通信接口,并且不再支持內置的有線以太網通信接口。然而,部分無線網絡環境有時會受周遭環境的影響,導致網絡連接不穩與資料傳輸速度緩慢的問題,利用便利的USB通信接口,連接USB以太網卡或智能底座擴展塢,成為智能連網設備獲得高速穩定有線連網功能的最佳解決方案。

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(圖一)USB以太網 vs 無線網絡連網速度比較 on 任天堂Switch

超高速USB以太網芯片

亞信電子為一專業的工業/嵌入式/USB以太網與I/O橋接芯片設計制造廠商。 20多年來長期耕耘USB以太網芯片市場,累積廣大的客戶群,并獲得許多國際大廠的認證使用,奠定全球USB以太網芯片市場的領導廠商地位。

亞信電子AX88179A是一款USB 3.2 Gen1轉千兆以太網控制單芯片,將USB 3.2 Gen1實體層(PHY)、10/100/1000Mbps千兆以太網實體層(PHY)及媒體存取控制器(MAC)整合于單一芯片中。AX88179A在Windows 11/10/8.x、Linux/Android/ChromeOS、Nintendo Switch等作業系統皆已支持內置的驅動程序,在macOS/Linux作業系統并可支持內置的CDC-NCM驅動程序,提供客戶便利的免驅動(Driverless)與即插即用(Plug and Play)軟件支持功能。AX88179A可適用于各種桌上型計算機、筆記本電腦、USB以太網卡、智能底座擴展塢、智能手機/平板電腦擴展底座、游戲機、POS收銀機、智能攝影機/機上盒、5G/LTE路由器/網關,與各種支持USB接口的嵌入式系統智能家居與辦公室網絡相關產品應用。

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(圖二)AX88179A USB 3.2 Gen1 轉千兆以太網產品應用

簡單地硬件設計

亞信電子提供完整的AX88179A電路原理圖與PCB布局設計文件給客戶參考,讓設計人員可以簡單地將AX88179A設計到需要透過USB 3.2 Gen1接口支持千兆以太網功能的產品應用中,并可大大地縮短客戶產品硬件設計的時程。

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(圖三) AX88179A產品硬件設計方塊圖

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(圖四)AX88179A電路原理圖

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(圖五)AX88179A PCB布局設計文件

便利的免驅動(Driverless)與即插即用(Plug and Play)軟件支持

亞信電子USB以太網芯片解決方案皆提供完整的軟韌件技術支持,包括Apple macOS、Windows 11/10/8.x、Linux/Android/Chrome OS、UEFI X64/ARM等驅動程序,以及工廠生產燒錄與測試相關的工具。客戶完成產品硬件設計后,可以直接使用亞信電子提供的驅動程序與生產燒錄測試工具,進行產品功能測試驗證,不需要額外的軟件人力進行相關軟韌件開發與維護。

最新的AX88179A USB 3.2 Gen1轉千兆以太網控制芯片,可向下相容AX88179軟件驅動程序,因此在Windows 11/10/8.x、Linux/Android/Chrome OS、Nintendo Switch等作業系統皆可自動安裝系統內置的驅動程序,不需另外安裝驅動程序,即可正常使用網絡連線功能。另外,AX88179A支持USB-IF定義的CDC-ECM與CDC-NCM標準網絡設備協議,在macOS/Linux作業系統可自動安裝內置的CDC-NCM驅動程序,提供客戶便利的免驅動(Driverless)與即插即用(Plug and Play)軟件支持功能。

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(圖六) 亞信USB以太網芯片-免驅動與即插即用軟件支持

有些游戲機平臺(如任天堂Switch)只支持Wi-Fi無線連網功能,為了提供使用者更穩定及高傳輸速度的上網體驗,任天堂Switch作業系統已經內置亞信USB以太網芯片的驅動程序。在Switch游戲機插入亞信AX88179A USB以太網卡后,會自動安裝系統內置的驅動程序,即可開始輕松地使用任天堂提供的線上服務功能。

提高工廠量產效率的生產燒錄測試工具

所有網絡產品皆需要設置一個唯一的MAC地址。因此,在工廠生產AX88179A產品時,都必須在AX88179A 內置的eFuse或外部的Flash閃存,燒錄一個唯一的MAC地址,并進行網絡基本功能測試。為了加速客戶工廠生產效率,亞信電子提供Windows生產燒錄與測試工具,方便客戶直接在產線上進行AX88179AeFuse/Flash閃存的燒錄,并可做基本網絡功能的測試,以縮短AX88179A生產燒錄測試所需的時間。

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(圖八)AX88179A Windows生產燒錄與測試環境

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(圖九)AX88179A Windows生產燒錄工具

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(圖十)AX88179A Windows生產網絡測試工具

超高速USB以太網效能測試數據

使用者可以使用免費的iPerf3 網絡效能測試工具(https://iperf.fr/),在Apple macOS、Windows 11/10/8.x、Linux/Android/Chrome等不同的作業平臺上,進行網絡效能的測試。 AX88179A除了在各種作業平臺下,提供便利的免驅動(Driverless)與即插即用(Plug and Play)軟件支持功能;也提供優秀的高傳輸網絡速度與低CPU使用率的網絡效能。根據iPerf3測試數據結果,AX88179A 在USB 3.2與1000M全雙工(Full-duplex)運作模式下,Tx與Rx網絡效能可達940Mbps,CPU使用率為4%。以下是iPerf3在Server與Client端網絡效能測試指令的范例。

iPerf3 Server PC (IP: 192.168.0.100): iperf3-s

iPerf3 Client PC (IP: 192.168.0.200): iperf3-c 192.168.0.100 -i 5 -t 100

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(圖十一) iPerf3網絡效能測試工具

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(圖十二)AX88179A iPerf3網絡效能測試數據

先進的電源管理與精準時間同步進階功能

因應全球低功耗節能省電產品的大趨勢,AX88179A支持先進的電源管理功能,如NDIS通信協定卸載(ARP & NS)、ECMA-393ProxZzzy主機休眠標準、微軟現代待機(Modern Standby)等進階省電功能,可以大幅降低系統進入休眠模式后的耗電量。在AX88179A USB3.2與1G全雙工高效能運作模式下,耗電量約0.65瓦;進入低功耗WOL休眠模式后,耗電量大幅降低至約0.09瓦;關閉WOL進入休眠模式后,耗電量可以接近0瓦。傳統的以太網芯片,在系統正常運作狀態下,網絡線拔除后以太網芯片仍然處于正常運作的狀態,造成一些不必要的耗電量。 AX88179A支持獨特的AutoDetach省電模式,當偵測到網絡線被拔除時,AX88179A會主動脫離USB主機進入省電模式,耗電量大幅降低至約0.06瓦;當偵測到網絡線被插入后,AX88179A會自動恢復成正常運作模式。這個AX88179A獨特的省電功能,可以大幅降低在系統正常運作下不需要使用連網功能時的耗電量。

智能家居、智能辦公室、智能工廠、智能城市、智能交通、…,身處于一個萬事萬物皆需連網的智能世代,如何能夠讓所有連網設備都能做到精準的時間同步?現有的IEEE 1588精確時間協議(Precision Time Protocol, PTP)標準就是一個很好的解決方案。為了因應智能世代精準時間同步的產品需求,AX88179A支持IEEE 1588v2與802.1AS精確時間協議(PTP)功能,提供客戶一個方便使用又可以支持精準時間同步功能的USB轉千兆以太網解決方案。根據AX88179A在Linux平臺的實測數據,兩臺AX88179A設備間精準時間同步的速度可以達到35ns。

結論

在萬物皆講求輕薄短小的智能世代中,亞信電子AX88179A USB3.2 Gen1轉千兆以太網控制芯片,提供客戶一個高速穩定、簡單設計、容易使用、高性價比的USB轉千兆以太網解決方案。在Apple macOS、Windows11/10/8.x、Linux/Android/Chrome OS、Nintendo Switch等作業系統皆已支持內置的驅動程序,可以輕松地做到免驅動(Driverless)與即插即用(Plug and Play)的便利功能。利用AX88179A的先進電源管理與精確時間協議進階功能,可以進一步滿足客戶產品低功耗與精準時間同步的市場需求。透過已被廣泛使用并可支援熱插拔(Hot-Swap)、即插即用(Plug &Play)與大電流快速充電等便利功能的USB通信接口,超高速USB以太網解決方案必然可以快速成長,成為提供高速穩定有線連網功能的最佳解決方案。

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