很多客户来问交换芯片,第一句话是“我要做一个8口的交换机”。但只说端口数,选出来的料十有八九要返工——因为真正决定板子能不能画下去的,不是铜口有几个,而是那个写在后面的“+1”“+2”到底是什么,以及它用什么电平、什么速率、跟你的CPU或光模块对不对得上。
这篇不讲整机方案(整机可以看我们之前那篇非网管交换机方案的文章)。先说清一件事:下面提到的 JL5xxx / JL6xxx 交换芯片是景略半导体(JLSemi)的产品,沃虎是其代理商,本文参数全部取自沃虎官网产品页。内容只围绕上联口、接口电平、内核供电和温度等级这四件最容易在打样阶段才暴露的事,把我们代理的这20个料号摊开对照。
#一、先把“端口数”读懂:5 和 5+2 不是多两个网口
景略交换芯片的端口数写法有两种:纯数字(5、8)和带加号(3+1、5+1、5+2、8+1、8+2)。这两种写法差别很大:
纯数字的“5”“8”,指的是芯片内部集成了5个或8个完整的以太网口(MAC+PHY都在片内),你在原理图上看到的就是5对或8对差分线,直接经网络变压器接RJ45。这类芯片没有对外的MAC接口。
带加号的“5+2”,前面的5是集成PHY的铜口,后面的2是扩展口/上联口——它不是铜口,而是芯片引出来的MAC侧接口(MII/RMII/RGMII)或SerDes(SGMII/H-SGMII)。这两个口你可以拿来接CPU、接外部PHY、接光模块,或者跟另一颗交换芯片级联做端口扩展。
所以“8口交换机”这个需求,用8(如 JL5108C-NC)和用8+2(如 JL5110C-NC)完全是两条路:前者是封闭的8口傻瓜交换,后者留了两个上联口给你接CPU或做上行链路。
#二、“接口模式=NA”意味着什么:三件事都做不了
官网参数里有个字段叫“接口模式”。如果这一栏是 NA,说明这颗芯片没有对外的MAC/SerDes接口,直接带来三个限制:
1)不能接CPU做管理。没有MII/RMII/RGMII就没法让MCU或SoC跟交换芯片通数据,做不了带CPU的网关、PLC、采集器这类应用,只能做纯转发的非网管交换。
2)不能上光口。光模块要走SerDes(1000Base-X),接口模式NA的型号光口那一栏也一定是NA。
3)不能级联扩端口。两颗芯片之间要靠MAC接口或SerDes对接,NA就意味着这颗料端口数用完就到顶了。
这20个料号里,接口模式为NA的有4个系列:JL5105C(5口百兆)、JL5108C(8口百兆)、JL6105-NC(5口千兆)、JL6108-PC(8口千兆)。这四颗就是标准的“插上就能用”的傻瓜交换方案,成本和面积最省,但没有任何扩展余地。
#三、上联口接CPU:MII/RMII/RGMII 怎么选,以及电平这个坑
上联口接CPU,本质是把交换芯片的一个端口当成一个MAC接口挂到主控的MAC上。三种常见接口的区别是引脚数和带宽:
MII:4位数据、参考时钟25MHz,只能跑到100Mbps,引脚最多。RMII:2位数据、50MHz单一参考时钟,同样是100Mbps上限,但引脚数少一半,是百兆方案的主流。RGMII:4位数据双沿采样、125MHz,支持到1000Mbps,是千兆上联的唯一选择。
这里有个很容易漏掉的点:百兆全系(JL5104C/5106C/5109C/5110C)的接口模式只有 MII 和 RMII,没有 RGMII。也就是说,百兆交换芯片的上联口本身就跑不过100Mbps——你不能指望用百兆芯片的“+1”口去接一条千兆上行。要千兆上行,必须选JL6系列。
第二个坑是RGMII的IO电平。官网“MAC接口电压”这一栏写的就是上联口的IO电平:
JL6107-PC 系列标的是 1.8V; 2.5V; 3.3V,三种电平都支持;而 JL6110-PC 标的只有 3.3V。现在主流SoC的RGMII大多是1.8V或2.5V电平,如果你选了JL6110去配一颗1.8V RGMII的主控,这条链路就不能直连,要么加电平转换,要么换料。这个差异在原理图阶段看不出来,一般要到板子回来跑不通才发现,所以务必在选型时就核对两端的IO电平。
百兆系列的MAC接口电压则统一是3.3V,接3.3V的RMII主控没问题,接1.8V的要另想办法。
#四、上联口上光:只有三个型号真的能做1000Base-X
要把交换机的上行做成光口(SFP),交换芯片必须有SerDes并支持1000Base-X。我们代理的这20颗料里,光口那一栏不是NA的只有三个型号、六个料号:
注意不带S的 JL6107-PC / JL6107-PI:端口数同样是5+2,接口模式却只到RGMII,光口为NA。同一个JL6107系列,带不带S直接决定了能不能上光。选型表上只看“5+2”很容易把这两个当成一回事,下单前一定要把后缀看全。
另外SGMII和H-SGMII的区别:SGMII是标准的1.25Gbps串行接口,一条SerDes接一个千兆口;H-SGMII可以理解为更高速率的变体,常用于2.5G上行或多口复用场景。具体到你的光模块和对端设备支不支持,要按规格书和对端芯片手册确认。
#五、电源树:1.1V 内核轨是两路外供还是芯片内部给
这一项对硬件工程师的工作量影响最直接。官网“外供电压”这一栏有两种写法:
写成 “1.1V; 3.3V” 的:JL6105-NC、JL6107-PC、JL6107-PI、JL6108-PC、JL6110-PC、JL6110-PI。也就是需要给芯片提供两路外部电源,1.1V内核轨要单独一颗DC-DC。
写成 “3.3V(1.1V)¹” 的:百兆全系,以及千兆的 JL6107S / JL6107SC 四个料号。这种写法带脚注标记,含义需要按对应规格书确认(通常指单一3.3V输入、1.1V由片内产生,但官网参数页未展开脚注正文)。
实际意义是:如果你在同一个JL6107系列里从 JL6107-PC 换成 JL6107S-PC,光口能力加上了,电源树的写法也跟着变了。这两件事都会影响BOM和布局,不要只按“端口数一样”就直接替换。开始画电源之前,请先拿到对应料号的规格书,把1.1V这一路是外部供还是片内产确认清楚,这一步省不掉。
#六、商规还是工规:-NC/-NI、-PC/-PI,以及哪几颗根本没有工规版
后缀的规律很简单:百兆系列用 -NC(商业级,0~70℃)和 -NI(工业级,-40~85℃);千兆系列用 -PC(商业级)和 -PI(工业级)。
但关键不在于认后缀,而在于:不是每个型号都有工规版本。按沃虎官网当前在售的景略料号,下面这几颗只有商规,没有对应的工业级料号:
这张表的实用价值在于:如果你的项目是工业网关、PLC扩展模块、户外机柜这类要求-40~85℃的场合,选型第一步就应该先在“有工规版本”的范围里挑,而不是先按端口数挑完再回头发现没有工规料。上表里8口百兆带上联的工规需求是最容易踩空的——JL5109C和JL5110C都没有-NI,这时候通常要么降到5+1的JL5106C-NI,要么直接上千兆的JL6110-PI。
还有一点要提醒:商规料用在-20℃的环境里“能跑”不等于“可以量产”。温度等级是器件厂承诺的参数保证范围,超出范围的行为不在规格书保证内,批次之间的差异、低温下的PLL锁定和自协商时序都可能出问题。这不是靠实验室里一两块板子跑通就能替代的。
#七、封装与占板面积:从QFN48到TQFP176差了11倍
端口数上去,封装和面积是同步涨的,这直接决定你的板子能不能塞得下:
两点提示。第一,QFN是底部散热焊盘封装,多口千兆芯片满负荷时发热不小,底部焊盘下面的散热过孔阵列不能省,也不要为了走线把这块铜挖断。第二,JL6108-PC虽然和JL6107同为LQFP128,尺寸却是20*14mm的长方形,跟14*14的JL6107不是同一个PCB封装,替换时封装库必须重做,不能沿用。
#八、全系选型速查表
下面两张表是这20个景略料号的完整公开参数(取自沃虎官网产品页),可以直接拿去比对。铜口能力:百兆系列为 10Base-T / 100Base-TX,千兆系列为 10Base-T / 100Base-TX / 1000Base-T。
8.1 百兆系列(JL5xxx)
百兆全系光口均为NA,外供电压均标为 3.3V(1.1V)¹。
8.2 千兆系列(JL6xxx)
表中“+SGMII; H-SGMII”表示在 MII / RMII / RGMII 之外再支持 SGMII 与 H-SGMII。
#九、三步选型法与打样前核对清单
把上面的内容压成一个可执行的顺序:
第一步,定温度等级。要不要-40~85℃?要,就先把选型范围锁在有 -NI / -PI 料号的型号里(JL5104C、JL5105C、JL5106C、JL5108C、JL6107全系、JL6110),再往下挑。这一步放在最前面,可以避免后面推倒重来。
第二步,定上联口。问三个问题:要不要接CPU?要不要光口?要不要跟第二颗芯片级联?只要有一个是“要”,接口模式为NA的型号就全部排除;要光口,就只剩JL6107S / JL6107SC / JL6110;要千兆上行,百兆全系排除。
第三步,才定铜口数量和封装。到这一步通常只剩两三个候选,按铜口数、板面空间和成本挑一个即可。
#十、常见问题
我要做8口千兆交换机,选JL6108-PC还是JL6110-PC?
看要不要上联。纯8口转发、不接CPU也不上光,选JL6108-PC,封装小一号、外围更简单。要接主控或要光口上行,必须选JL6110(8+2、支持SGMII/H-SGMII、带1000Base-X)。另外JL6108-PC没有工规版,工业场合直接选JL6110-PI。
JL6107-PC 和 JL6107S-PC 差在哪?能互换吗?
不能直接互换。两者端口数都是5+2、封装同为LQFP128 14*14,但JL6107S多了SGMII/H-SGMII和1000Base-X光口能力,外供电压的标注方式也不同(1.1V; 3.3V 对 3.3V(1.1V)¹)。要上光就选S版,换料时电源树和引脚定义都要按各自规格书重新核对。
交换芯片已经集成PHY了,还要网络变压器吗?
要。片内集成的是PHY(收发器),不是隔离。铜口对外仍然需要网络变压器做电气隔离和共模抑制,百兆用2对线的规格,千兆用4对线的规格;也可以用集成变压器的RJ45连接器把两者合一。
接口模式写着支持RGMII,为什么我的板子跑不到千兆?
先分清是铜口还是上联口。百兆芯片(JL5系列)的铜口本来就只有10/100Base-TX,接口模式里也没有RGMII。如果是千兆芯片的上联口跑不满,优先查三件事:RGMII的IO电平两端是否一致、RGMII时钟延时(internal delay)配置是否匹配、以及1.1V内核轨是否已正常建立。
为什么有的型号端口写“8”,有的写“8+2”,价格差不少?
“8”是8个铜口、无对外接口的封闭方案;“8+2”是8个铜口加2个可配置的上联口,内部多了SerDes和MAC接口逻辑,封装引脚数也更多(QFN88对TQFP176)。差价买的是扩展能力,不是多两个RJ45。
工业项目一定要用工规料吗?商规降额用行不行?
温度等级是规格书承诺的参数保证范围,不是实测的极限。商规料在-20℃跑通一块样机,不代表批量生产时每一颗都能在同样条件下满足自协商、PLL锁定和眼图指标。如果项目有-40~85℃的要求,请按上面第六节的表在有工规料号的型号里选。
选型或替代有拿不准的,把主控型号、RGMII/RMII电平、端口数需求和温度等级发给我们,沃虎工程团队会给出对应景略料号和参考电路。
——— VOOHU 沃虎电子 技术团队
技术支持邮箱:fae.thorne@voohu.cn | 电话:400-1048-018
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