Microchip Technology LAN9646六端口千兆位以太网交换机是一款完全集成的托管第2层、六端口千兆位以太网交换机，具有高级特性。Microchip Technology LAN9646具有四个支持10/100/1000Mbps PHY的端口，另外两个可配置为SGMII、RGMII、MII或RMII接口，从而连接到主机处理器或外部PHY。通过SPI、I^2^C或可选带内管理（通过任何数据端口）可全面访问寄存器,MIM接口提供PHY寄存器访问。

数据手册：*附件：Microchip Technology LAN9646六端口千兆位以太网交换机数据手册.pdf

安全特性包括基于IEEE 802.1X端口的身份验证和ACL滤波。它还支持节能以太网 (EEE) 等电源管理功能，以实现节能环境。

特性

• 非阻断线速以太网交换机结构
• 全功能转发和滤波控制，包括访问控制列表 (ACL) 滤波
• IEEE802.1X支持（基于端口的网络访问控制）
• IEEE802.1Q VLAN支持，可建立128个有源VLAN组和全范围内4096个VLAN ID
• 基于每个端口的IEEE802.1p/Q标记插入或移除，支持双标记
• 基于每个端口的VLAN ID标记/非标记选项
• IEEE802.3x全双工流量控制和半双工背压碰撞控制
• IGMPv1/v2/v3窥探，用于多播数据包过滤
• IPv6多播监听者发现 (MLD) 窥探
• QoS/CoS数据包优先级支持：基于DiffServ的802.1p，以及基于四个优先级的802.1p每端口优先级的重映射
• IPv4/IPv6 QoS支持
• 进出端口的可编程速率限制
• 广播风暴保护
• 四个具有动态数据包映射的优先级队列，用于IEEE802.1p、IPv4 DIFFSERV、IPv6 TrafficClass
• MAC滤波功能，可过滤或转发未知单播、多播和VLAN数据包
• 用于实现环形拓扑的自寻址滤波
• 高速SPI（4线，高达50MHz）接口，可访问所有内部寄存器
• I^2^C接口，可访问所有寄存器
• MII管理（MIM、MDC/MDIO 2线）接口，用于按照IEEE 802.3规范访问所有PHY寄存器
• 带内管理，通过七个端口中的任何一个访问所有寄存器，带内管理
• I/O引脚搭接设施，可在复位时间从I/O引脚设置某些寄存器位
• 控制寄存器可动态配置
• 端口镜像/监控/嗅探：进出任何端口或MII/RMII的流量
• 完全按照标准来收集统计信息的MIB计数器（每个端口34个MIB计数器）
• 全芯片软件掉电
• 能量检测掉电 (EDPD)
• 局域网唤醒(WoL)支持

基于LAN9646六端口千兆以太网交换机的技术解析与应用

一、产品概述

Microchip Technology的LAN9646是一款高度集成的六端口千兆以太网交换机芯片，集成了IEEE 802.3兼容的层2管理型交换功能、四个10/100/1000BASE-T物理层收发器(PHY)以及两个独立可配置的MAC端口。该器件采用132引脚DVQFN(11×11mm)RoHS兼容封装，支持商业和工业温度范围(-40°C至+85°C)。

‌关键特性亮点‌：

• 一个支持10/100/1000以太网MAC和SGMII接口的端口
• 一个支持10/100/1000以太网MAC和可配置RGMII/MII/RMII接口的端口
• 四个集成10/100/1000BASE-T PHY收发器的端口
• 非阻塞线速以太网交换结构
• 全功能转发和过滤控制，包括访问控制列表(ACL)过滤
• 完整的VLAN和QoS支持
• EtherGreen™电源管理特性，包括低功耗待机模式

二、核心架构与功能

2.1 内部架构

LAN9646采用创新的混合信号/DSP架构，内部包含：

• 四个集成PHY端口（端口1-4），每个包含：
  • 10/100/1000BASE-T PHY收发器
  • 关联的MAC单元
• 两个独立可配置MAC端口：
  • 端口6：支持RGMII/MII/RMII接口
  • 端口7：支持SGMII接口（支持SerDes模式和SGMII模式）

交换核心包含：

• 4096条目转发表
• 256KB帧缓冲区
• 非阻塞存储转发交换结构
• 地址查找引擎
• MIB计数器
• 队列管理模块

2.2 物理层特性

‌PHY功能‌：

• ‌1000BASE-T‌：基于混合信号/DSP架构，包含：
  • 模拟前端
  • 数字信道均衡器
  • 网格编码器/解码器
  • 回声消除器
  • 串扰消除器
  • 精密时钟恢复方案
• ‌100BASE-TX‌：
  • 支持4B/5B编码
  • MLT-3编码/解码
  • 自适应均衡
• ‌10BASE-Te‌：2.5V供电的节能版本
• ‌自动MDI/MDI-X‌：自动检测和校正线对映射
• ‌LinkMD电缆诊断‌：使用时域反射计(TDR)分析电缆开路、短路和阻抗失配

2.3 交换功能

‌高级交换能力‌：

• IEEE 802.1Q VLAN支持（128个活动VLAN组，4096个VLAN ID）
• IEEE 802.1p/Q标签插入/移除（基于每端口）
• IEEE 802.3x全双工流控制和半双工背压冲突控制
• IEEE 802.1X访问控制（基于端口和MAC地址）
• IGMP v1/v2/v3监听
• IPv6多播监听发现(MLD)监听
• IPv4/IPv6 QoS支持
• 广播风暴保护
• MAC过滤功能

三、关键应用场景

LAN9646特别适合以下目标应用：

• ‌独立10/100/1000Mbps以太网交换机‌
• VoIP基础设施交换机
• 宽带网关/防火墙
• Wi-Fi接入点
• 集成DSL/电缆调制解调器
• 安全/监控系统
• 工业控制/自动化交换机
• 网络化测量和控制系统

四、电源管理与能效特性

LAN9646提供全面的电源管理功能：

4.1 工作模式

• ‌正常模式‌：所有功能启用
• ‌ 能量检测模式(EDPD) ‌：
  • 监测电缆能量
  • 无活动时进入低功耗状态
  • 检测到能量时快速恢复
• ‌全局软关机模式‌：禁用所有内部功能（串行管理接口除外）

4.2 节能技术

• ‌EtherGreen特性‌：
  • 电缆断开时的能量检测断电模式
  • 动态时钟树控制
  • 未使用端口可单独断电
  • 全芯片软件断电
• ‌ Wake-on-LAN(WoL) ‌：
  • 支持Magic Packet唤醒
  • 低功耗待机模式
  • 系统唤醒中断输出

五、设计考量

5.1 时钟架构

• 25MHz主时钟输入（晶体或外部振荡器）
• 端口6时钟：
  • MII模式：25/2.5MHz
  • RMII模式：50MHz
  • RGMII模式：125/25/2.5MHz
• 端口7 SGMII：1.25Gbaud串行接口，时钟从数据恢复
• 同步以太网输出时钟(SYNCLKO)：25/125MHz

5.2 电源设计

LAN9646需要：

• 1.2V数字核心电源(DVDDL, AVDDL)
• 2.5V模拟电源(AVDDH)
• 可选的I/O电源(VDDIO)：1.8V/2.5V/3.3V
• SGMII专用电源：1.2V(VDDLS)和2.5V(VDDHS)

推荐使用多层级去耦电容网络，包括22μF电解电容和0.1μF陶瓷电容组合。

六、管理接口

LAN9646提供灵活的配置选项：

6.1 配置方式

• ‌SPI从接口‌：最高50MHz时钟速率
• ‌I2C从接口‌：固定设备地址1011_111
• ‌ MII管理(MIIM) ‌：符合IEEE 802.3 Clause 22/45
• ‌ 带内管理(IBA) ‌：通过任何数据端口访问

6.2 配置寄存器

器件提供丰富的寄存器集，包括：

• 全局操作控制寄存器
• 端口特定寄存器
• VLAN表
• 地址查找表
• 静态地址表
• MIB计数器