Amphenol UbiSwitch Compact 11 Port Module：小身材大能量的以太網(wǎng)交換機(jī)模塊

在電子設(shè)備的海洋中，以太網(wǎng)交換機(jī)模塊是構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)連接的關(guān)鍵部件。今天，我們要深入了解的是Amphenol的UbiSwitch Compact 11 Port Module，一款專為惡劣環(huán)境設(shè)計(jì)的緊湊型以太網(wǎng)交換機(jī)模塊。

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一、產(chǎn)品概述

UbiSwitch模塊集成了8個(gè)1GBASE - T端口和3個(gè)10G MAC端口，是一個(gè)模塊化的板卡，需要與底板配合使用，以提供電源和連接器擴(kuò)展。它可以通過定制底板設(shè)計(jì)成為任何靈活以太網(wǎng)系統(tǒng)的核心。如果搭配UbiConn板使用，它能提供即插即用的以太網(wǎng)交換解決方案，包含8個(gè)1Gbps PHY端口和3個(gè)10Gbps SFP +端口，且無需任何配置或軟件即可運(yùn)行。但如果使用的定制底板在10G MAC端口上采用了不同的以太網(wǎng)硬件，則需要修改其固件才能正常運(yùn)行，可通過靜態(tài)固件配置或使用交換機(jī)管理軟件通過串口進(jìn)行動態(tài)配置。

框圖

二、產(chǎn)品特性

（一）端口特性

1. 自動MDI - X交叉和極性校正：8個(gè)10/100/1000BASE - T端口支持自動MDI - X交叉和極性校正，無需外部交叉電纜，方便快捷。
2. 自動協(xié)商：所有端口都支持與連接設(shè)備進(jìn)行自動協(xié)商，以實(shí)現(xiàn)最大速度，這是默認(rèn)配置，也可通過交換機(jī)配置禁用。

（二）配置特性

1. 雙配置方式：板載STM32微控制器，支持靜態(tài)固件配置和動態(tài)串口配置。
2. 靜態(tài)配置跳線：有三個(gè)板載焊接跳線，可用于靜態(tài)（現(xiàn)場）固件配置，無需軟件干預(yù)，通過焊接跳線可設(shè)置多達(dá)八種不同的配置。

（三）其他特性

即插即用功能：與UbiConn（或功能等效的板卡）配合使用時(shí)，無需配置即可使用。

三、規(guī)格參數(shù)

（一）電氣參數(shù)

1. 電壓輸入：5V至60V DC（絕對最大65V），能適應(yīng)較寬的電壓范圍，適用于不同的電源環(huán)境。
2. 支持協(xié)議：支持10BASE - T、100BASE - TX、1000BASE - T、2.5GBASE - T、5GBASE - T、10GBASE - T、1GBASER等多種協(xié)議，兼容性強(qiáng)。
3. 功耗：最大4.6W，相對較低的功耗有助于降低系統(tǒng)整體能耗。

（二）物理參數(shù)

1. 重量：僅20克，小巧輕便，便于集成到各種設(shè)備中。
2. 尺寸：42mm x 42mm x 9.8mm（無散熱片），體積小巧，節(jié)省空間。

（三）溫度參數(shù)

1. 工作溫度：-70°C至+110°C，能在極端溫度環(huán)境下正常工作。
2. 存儲溫度：-70°C至+125°C，具有良好的溫度適應(yīng)性。

四、操作說明

（一）電源與連接

UbiSwitch設(shè)計(jì)用于惡劣環(huán)境，標(biāo)稱電源電壓為24V，但能在5V至60V的電壓下工作。使用時(shí)，需先將板卡與底板配合，然后施加5至60V的輸入電壓。若使用UbiConn底板（或在10G端口上集成了SFP的任何底板），UbiSwitch將在所有11個(gè)端口上作為非管理型交換機(jī)立即開始工作，無需任何配置；若使用不同的底板，尤其是在10G端口上使用不同的10G媒體時(shí)，則需要通過靜態(tài)固件更新或動態(tài)串口配置進(jìn)行配置。

（二）端口特點(diǎn)

1. 8個(gè)1G端口：支持自動協(xié)商和自動MDI - X，能自動與連接設(shè)備協(xié)商以達(dá)到最高鏈路速度，并自動確定是否需要交叉線。
2. 3個(gè)10G MAC端口：需要物理層收發(fā)器（PHY）將MAC層接口轉(zhuǎn)換為現(xiàn)場級接口，如10BASE - T或10GBASE - R。默認(rèn)情況下，這些端口配置為以SFI模式作為10GBASE - R運(yùn)行，連接到外部SFP時(shí)無需配置；使用不同PHY時(shí)需要特定配置。

（三）其他接口

1. 串口：允許用戶向設(shè)備發(fā)送和接收命令，直接連接到STM32微控制器，可運(yùn)行自定義解析器固件，將人類可讀的串口命令解析為低級SMI命令來配置交換機(jī)，還能將串口命令存儲在EEPROM上，實(shí)現(xiàn)非易失性配置。
2. SMI端口：主要用于調(diào)試，不建議用于交換機(jī)配置，因?yàn)榻涌诓豢勺x，且命令在電源循環(huán)后無法存儲。

五、環(huán)境性能

UbiSwitch采用固態(tài)冷卻技術(shù)，防止移動部件機(jī)械故障；使用0.8mm間距的可堆疊連接器，增加信號之間的間隙。通過了Mil - STD - 810G測試，包括低壓（海拔）、高溫、低溫、溫度沖擊、濕度、振動等測試，能在惡劣環(huán)境下穩(wěn)定工作。

六、軟件與配置

截至2024年5月，UbiSwitch可以運(yùn)行配置軟件。Revision C型號（BB - UBS - C - 1）已預(yù)裝固件，Revision B（BB - UBS - B - 1）型號需要手動上傳固件。在非管理型應(yīng)用中使用UbiSwitch時(shí)，無需配置，只需連接子板、施加輸入電壓并連接下游設(shè)備即可。

七、散熱考慮

（一）散熱需求

UbiSwitch的主交換芯片在滿載條件下會散發(fā)大量熱量，建議使用散熱片解決方案。

（二）散熱特性參數(shù)

不同條件下的熱阻和熱特性參數(shù)不同，如在JEDEC 3in.x 4.5 in 4層PCB無氣流情況下，熱阻θJA為22.28°C/W；有不同氣流速度時(shí)，熱阻會相應(yīng)降低。

（三）溫度計(jì)算

不同散熱條件下的溫度計(jì)算結(jié)果差異較大。無散熱片且無氣流時(shí)，結(jié)溫較高；使用包含的散熱片且無氣流時(shí)，估計(jì)結(jié)溫約為70°C。

八、組裝與安裝

（一）所需硬件

包括UbiSwitch模塊、UbiSwitch散熱片、UbiSwitch底板、導(dǎo)熱膏（推薦TC4 - 10G）、2個(gè)M3 pan頭機(jī)螺絲（10mm長度）、2個(gè)M3 pan頭機(jī)螺絲（20mm長度）、4個(gè)M3六角螺母、4個(gè)2mm尼龍墊圈。

（二）組裝步驟

1. 在UbiSwitch模塊的主芯片頂部添加導(dǎo)熱膏。
2. 確定散熱片的正確極性，確保其與UbiSwitch上較高的電路對齊。
3. 將兩個(gè)M3 12mm機(jī)螺絲穿過散熱片上的兩個(gè)孔，并放置兩個(gè)墊圈。
4. 在底部添加六角螺母。
5. 將UbiSwitch模塊+散熱片組件安裝到UbiSwitch底板上。
6. 在其余安裝孔上添加墊圈和螺絲。
7. 在兩個(gè)剩余的螺絲上添加六角螺母，將UbiSwitch模塊固定到UbiSwitch底板上。

Amphenol UbiSwitch Compact 11 Port Module以其豐富的功能、良好的環(huán)境適應(yīng)性和靈活的配置方式，為以太網(wǎng)交換應(yīng)用提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，電子工程師們可以根據(jù)具體需求，充分發(fā)揮其優(yōu)勢，構(gòu)建出穩(wěn)定、高效的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。大家在使用過程中有沒有遇到過類似模塊的特殊問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。