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开启C口拓展新时代，盘点那些内置网口转换芯片的拓展坞
前言
早在2015年，苹果便发布了仅有USB-C接口的MacBook笔记本电脑，掀起了轻薄笔记本的电脑浪潮，多家知名品牌纷纷推出轻薄笔记本产品。然而有利就有弊，随着设备变得越来越轻薄，接口却变得越来越少，甚至像早期New MacBook仅有一个USB-C接口，给用户带来了诸多不便，特别是对于那些需要频繁连接外部设备或者依赖有线网络的用户来说，日常使用很是不便。为了解决这一问题，USB-C拓展坞应运而生，解决用户的燃眉之急。
但对于拓展坞厂商而言，想要加入网口拓展，则必须要加入网口转换芯片，以实现USB接口与网口之间的转换。下面充电头网将为各位读者朋友介绍以往那些充电头网拆解中发现的案例，帮助大家了解此类芯片的应用情况。
网口转换芯片在USB-C多口拓展坞中的应用
文中出现的几款芯片部分参数如图所示，下文小编将为您详细介绍。
瑞昱RTL8153
REALTEK瑞昱RTL8153作为USB3.0接口的网口转换器，支持USB3.0/2.0/1.1以及10/100/1000M网络速率，内置交叉检测和自动校正、极性校正、自适应均衡、串音消除、回声消除、定时恢复和纠错等功能，提供QFN-48封装。
应用案例
eeco四合一多功能扩展坞
eeco 1A1C四合一多功能扩展坞自带USB-C线缆，机身壳哑光处理，两侧弧面设计使用不硌手。产品整体小巧扁平，不占用桌面空间。这款扩展坞集成了USB-C、USB-A、HDMI、RJ45四个使用最频繁的接口，满足日常办公的基本活动需求。
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惠普USB-C迷你多功能扩展坞
惠普这款USB-C扩展坞采用自带线缆设计，更加强化USB-C一线通理念。扩展坞自带VGA，HDMI接口，方便扩展屏幕。有线网络的支持，使得连接更加稳定。自带一个USB3.0接口可以用来扩展存储设备，USB2.0接口可以用来连接鼠标，并且支持USB-C充电，大大简化笔记本使用及周边外设。
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联想来酷4K 17合1桌面立式扩展坞
来酷推出的这款扩展坞通过USB-C接口连接笔记本电脑，可以将电脑的USB-C口扩展出千兆有线网口，USB-A接口，SD/TF读卡器，并且还能读取扩展坞内置的M2硬盘，连接有线音频，充分满足轻薄笔记本的扩展需求，是办公室的好帮手。
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优越者USB-C多功能扩展坞
优越者这款USB-C多功能扩展坞D026A采用铝合金外壳，机身壳经过阳极氧化处理呈灰色，表面采用喷砂工艺手感细腻，整个产品很小不占用空间。这款扩展坞具有3A1C四个接口、两个SD/Micro SD卡槽、HDMI和千兆网络接口。数据传输速度快，还能边充电边听歌等，网络接口有指示灯更加方便查看连接状态，充分满足日常需求。
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瑞昱RTL8153B
瑞昱RTL8153B可用于扩展坞网络连接，支持USB3.0/2.0/1.1以及10/100/1000M传输速率，同样支持交叉检测和自动校正、极性校正、自适应均衡、串音消除、回声消除、定时恢复和纠错等功能，提供QFN-40封装。
应用案例
VAVA USB-C多功能扩展坞
VAVA推出的这款VA-DK001扩展坞，支持通过USB-C接口连接到笔记本，连接外接电源，为笔记本提供USB PD供电和接口扩展，扩展坞内置两个HDMI接口，可扩展两个屏幕显示。扩展坞具备多个USB接口，方便连接存储设备和外设。并支持无线充电功能，实现一站式的充电和扩展功能实现，简化桌面摆放。
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英飞凌CYUSB3610
英飞凌CYUSB3610，是一颗USB3.0转千兆以太网的转换器，向下兼容10/100速率，芯片内部集成USB3.0物理层和控制器，支持节能模式，支持高级电源管理和网络唤醒功能，提供QFN-68封装。
应用案例
思科USB-C+RJ45 PoE注入器
思科这款PoE注入器采用灰色塑料外壳，坚固耐用。其中一面设有RJ45有线网络接口和USB-C供电接口，另一面设有USB-C接口，两面接口分别具有标识，提示所连接的设备。通过使用注入器，即可通过电话机自带的USB-C接口实现供电和有线网络连接。
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亚信电子AX88179A
亚信电子AX88179A是一颗USB3.2 Gen1转千兆以太网控制芯片，向下兼容集成10/100Mbps模式，支持USB Spec 3.2 Gen 1、2.0和1.1规范，提供QFN-40封装。
应用案例
绿联4K 9合1 USB-C多功能扩展坞
绿联这款USB-C多功能扩展坞采用银灰色铝合金外壳，坚固耐用，体积小巧，适合日常携带。扩展坞自带25CM长USB-C连接线，便于连接笔记本电脑使用。扩展坞具备HDMI接口和VGA接口，具备4K输出能力，可用于连接新老显示器和投影机使用。并且还具备USB接口扩展和读卡器，有线网口和PD供电功能，功能全面。
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充电头网总结
充电头网了解到，市场需求是推动网口转换芯片广泛应用的重要因素。近年来，随着轻薄笔记本的迅速普及，消费者对于笔记本的便携性和设计感要求越来越高。然而，这种轻薄化的设计往往伴随着接口数量的减少，使得笔记本在连接外部设备时面临诸多限制，所以消费者对于多功能扩展坞的需求也日益旺盛。
而多功能扩展坞的核心功能之一就是通过网口转换芯片来实现有线网络接入，以弥补轻薄笔记本接口的不足。文中提到的瑞昱、英飞凌、亚信电子四款网口转换芯片均支持USB3.0应用，最高传输速率可达1000Mbps，可轻松应对千兆宽带以及NAS内网数据传输需求，适合各种多合一、单网口转换器应用。
物联网系统中网口芯片解决方案_PHY收发器
物联网系统中为什么要使用PHY收发器。
在物联网系统中使用PHY（物理层）收发器的原因主要可以归结为以下几个方面：
实现物理层通信
连接数字与模拟世界：PHY收发器作为以太网物理层的关键组件，能够将处理器、FPGA（现场可编程门阵列）和ASIC（专用集成电路）等数字世界与模拟世界连接起来。它负责将数字信号转换为适合在物理介质（如光纤、铜缆等）上传输的模拟信号，以及将接收到的模拟信号转换回数字信号。提供无差错传输：PHY收发器通过精确控制信号的发送和接收过程，确保数据在物理层上的无差错传输。这对于物联网系统来说至关重要，因为任何数据传输错误都可能导致系统功能的异常或失效。适应多样化的传输介质
支持多种介质：物联网系统可能涉及多种不同的传输介质，如光纤、双绞线、同轴电缆等。PHY收发器通常具备多种接口和配置选项，以适应不同介质的特性，确保数据传输的稳定性和可靠性。提高兼容性：通过使用PHY收发器，物联网系统可以更容易地实现与不同设备、不同网络之间的兼容和互操作，从而扩大系统的应用范围和功能。提升系统性能
优化信号质量：PHY收发器内部集成了多种信号处理技术，如自动增益控制、均衡器、时钟恢复等，这些技术能够优化信号的传输质量，减少信号衰减和噪声干扰，提高数据传输的速率和准确性。降低功耗和成本：随着物联网技术的不断发展，低功耗和高性价比成为了系统设计的重要考虑因素。现代PHY收发器通常采用先进的低功耗设计技术，如低功耗模式、睡眠模式等，以降低系统功耗。同时，通过集成化设计和优化生产工艺，PHY收发器的成本也得到了有效控制。增强系统稳定性和安全性
提供故障诊断和保护机制：PHY收发器通常具备故障诊断和保护机制，如过压保护、过流保护、温度保护等，这些机制能够在系统出现故障时及时切断电源或采取其他保护措施，防止故障扩大并保护系统安全。支持自动协商和配置：现代PHY收发器支持自动协商和配置功能，能够自动检测远端设备的性能和状态，并根据需要进行相应的配置调整。这有助于简化系统配置过程并降低配置错误的风险。综上所述，PHY收发器在物联网系统中发挥着至关重要的作用。它不仅能够实现物理层通信、适应多样化的传输介质、提升系统性能，还能够增强系统稳定性和安全性。因此，在设计和构建物联网系统时，选择合适的PHY收发器是至关重要的。
具体应用场景
以太网通信：PHY收发器在以太网通信中起着关键作用。以太网PHY是一个芯片，可以发送和接收以太网的数据帧。它通常连接数据链路层的设备（MAC）到一个物理媒介，如光纤或铜缆线。PHY芯片在以太网设备中非常常见，其技术水平主要体现在传输速率、传输稳定性、可靠性、功耗水平、传输距离等方面。Wi-Fi：PHY收发器在Wi-Fi技术中也有应用。Wi-Fi PHY的部分包括射频、混合信号和类比部分（通常称为收发器）和数字基带部分，这些部分被广泛应用于DSP和通信逻辑运算。其他无线通信：除了Wi-Fi，PHY收发器还应用于其他无线通信领域，如3G/4G/LTE、WiMAX、UWB等。USB：PHY收发器也被集成在USB控制器内或嵌入式系统中，提供数字和模块化组件接口的桥梁。IrDA：IrDA规格包括数据运输的物理层的一个IrPHY规格，因此PHY收发器在IrDA通信中也有应用。总的来说，PHY收发器在通信、汽车电子、消费电子、工控等众多领域都有广泛的应用。其工作原理是将数据从上层传输到物理介质，并在接收端将其还原为原始数据，包括数据编码、调制解调、信道传输、接收解码和错误检测和纠正等步骤。
PHY收发器的定义
PHY收发器，也称为物理接口收发器（PHY，Physical Interface Transceiver）或网口PHY芯片，是网络通信中用于实现物理层功能的核心电子元器件。它负责将物理层的数据转换为物理信号（如电信号或光信号），以便在网络中传输，同时也能将接收到的物理信号转换为物理层的数据。
PHY收发器包括多个子层，如MII/GMII（介质独立接口）子层、PCS（物理编码子层）、PMA（物理介质附加）子层、PMD（物理介质相关）子层和MDI子层等。这些子层定义了数据传送与接收所需要的电与光信号、线路状态、时钟基准、数据编码和电路等，并向数据链路层设备提供标准接口。
网络通信的物理层由MAC—>PHY—>变压器—>RJ45进行说明，主要在于MII，RMII，GMII，RGMII，电流型PHY电路，电压型PHY电路，网络变压器的设计，RJ45线序的总结。
并不一定都是独立的芯片，主要有以下几种情况
CPU内部集成了MAC和PHY，难度较高CPU内部集成MAC,PHY采用独立芯片(主流方案)CPU不集成MAC和PHY，MAC和PHY采用独立芯片或者集成芯片(高端采用)PHY收发器的工作原理
PHY在发送数据时，收到MAC发过来的数据（对PHY来说没有帧的概念，发过来的都是数据），然后在把并行数据转化为串行数据，在按照物理层的编码规则吧数据进行编码，再经过D/A转化通过模拟信号传输出去。接收时流程相反。
PHY的作用①是外界网络和MAC的通信桥梁。②实现CSMA/CD（多点接入载波监听/冲突检测)的部分功能，可以检测到网络上是否有数据在传送，如果有数据在传送中就等待，一旦检测到网络空闲，再等待一个随机时间后将送数据出去。冲突检测机构可以检测到冲突，然后各等待一个随机的时间重新发送数据。它负责处理OSI（开放系统互连）模型中的物理层通信。以下是PHY收发器的工作原理：
发送数据
数据接收 ：PHY收发器首先接收来自数据链路层（如MAC层）的数据。这些数据对PHY收发器来说没有帧的概念，它们只是待传输的原始数据。
数据编码 ：PHY收发器将接收到的并行数据转换为串行数据流，并进行数据编码。编码的目的是将数字信号转换为适合在物理介质上传输的形式。常见的数据编码方法包括曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码等。
调制解调 ：在传输数据之前，PHY收发器将数据信号转换为适应不同传输介质的信号形式。例如，在有线传输中，PHY收发器可以将数字信号转换为模拟信号，以便在电缆上传输。在无线传输中，PHY收发器将数字信号转换为无线电波进行传输。
信道传输 ：经过编码和调制的信号通过物理介质（如电缆、光纤或无线信号）传输到接收端。
接收数据
信号接收 ：PHY收发器从物理介质上接收传输过来的信号。
解调与解码 ：PHY收发器将接收到的模拟信号或无线电波转换为数字信号，并进行解码。解码的目的是将传输过程中可能产生的误差进行纠正，并还原出原始数据。
数据传递 ：解码后的数据被传递给数据链路层（如MAC层）进行后续处理。
PHY收发器的分类
电流型PHY
电流型PHY：指PHY芯片把MAC给的数据进行串并转换，编码后经DAC输出，而DAC为电流型输入，即芯片为电流型PHY。电流型PHY工作原理：由于PHY芯片的DAC为电流型输入，即需在外部提供一个偏置电压，再由PHY芯片将编码后的数据以差分电流的形式输出，并在100Ω电阻上产生其对应的电压，最后在通过网变压器把信号传出（电流方向为红色箭头方向）。
有的PHY芯片内部会集成差分电阻，具体以所用芯片手册为则。VDD的作用为为电路提供电流和为差分信号提供直流偏置，VDD由PHY芯片决定。电阻需靠近PHY芯片放置。
电流型PHY需要在网络变压器中间抽头提供一个VDD电压。
电压型PHY
电压型PHY：指PHY芯片把MAC给的数据进行串并转换，编码后经DAC输出，而DAC为电压型输出，即芯片为电压型PHY。电压型PHY工作原理：直接由PHY芯片将编码后的数据以差分电压的方式输出，此时网络变压器中间抽头不需要提供偏置电压，所以网络变压器中间抽头一般接0.1uF的电容，为高频干扰提供一个低阻抗回路。
电压型PHY在网络变压器中间抽头接0.1uF电容。
在不使用变压器的情况下将以太网收发器（PHY）电容耦合在一起是一种常见的做法，以减少BOM成本和PCB面积。
1、两个电流型 PHY 直连，如果两片 PHY 型号完全一致，那么，RX,TX信号线直连就可以了。否则，按下图所示连接：TX1,RX1与TX2,RX2分别是两片 PHY 的差分信号线，注意 RX,TX 交叉连接，VDD 分别是两片 PHY 的 UTP 端口电压。
2、两个电压型 PHY直连，如果两片PHY 型号完全一致，那么，RX,TX信号线直连就可以了。否则，按下图所示连接：TX1,RX1 与 TX2 ,RX2 分别是两片 PHY 的差分信号线，注意 RX,TX 交叉连接。
3、电压型与电流型PHY直连 如下图：左侧TX1，RX1是电流型PHY 接法，VCC1是UTP 端口电平，右侧TX2，RX2是电压型PHY 接法，注意RX,TX 交叉连接。
4、接收端带内部直流偏置的以太网PHY与电压型PHY连接。
5、KD3004芯片外部互联时直接加100nF电容即可。
总结：
以太网PHY连接，不使用变压器时需要用电容耦合连接，两端都需要上拉到对应的偏置电压，上拉电阻决定了实际数据线上的直流电平，设计时按20mA设计。通常使用50ohm上拉到3.3V。网口连接一般使用交叉连接方式，即TX接RX。网口连接一般建议采用变压器连接，如不使用变压器，避免走线过长。PHY收发器的使用注意事项
电源和接地 ：确保PHY收发器的电源供应稳定，避免电压波动过大。使用正确的接地方式，防止静电干扰和电磁干扰。工作环境 ：PHY收发器应在规定的温度、湿度和空气流通条件下工作，避免过高或过低的温度导致性能下降或损坏。避免在有腐蚀性气体或尘埃较多的环境中使用，以防止内部电路受到腐蚀或污染。信号匹配 ：确保PHY收发器的信号类型、速率和格式与连接的设备相匹配，避免不兼容导致的通信问题。对于光纤PHY收发器，还需注意光纤类型（如单模或多模）、波长和接口类型等参数的匹配。传输距离 ：注意PHY收发器的传输距离限制，确保连接的设备在允许的传输距离范围内。对于长距离传输，可能需要使用光纤放大器或中继器等设备来增强信号。电磁干扰（EMI）和射频干扰（RFI） ：将PHY收发器放置在远离高功率电磁源的位置，以减少电磁干扰对通信质量的影响。如果可能的话，使用屏蔽线或同轴电缆来减少射频干扰。配置和设置 ：在配置PHY收发器之前，仔细阅读其用户手册或技术文档，了解各项参数和配置选项的含义和用法。根据实际应用需求进行正确的配置和设置，确保通信的稳定性和可靠性。故障排查 ：如果遇到通信故障，首先检查PHY收发器的电源、连接线和接口是否正常。使用诊断工具或软件来检查PHY收发器的状态和错误信息，以便快速定位问题并解决。升级和维护 ：定期关注PHY收发器的固件更新和软件升级信息，以便及时获取最新的功能和性能改进。在进行升级或维护之前，备份重要的配置文件和数据，以防意外丢失。安全性 ：确保PHY收发器的网络安全设置得到妥善配置，如访问控制、加密等。避免将PHY收发器暴露在未经授权的网络中，以防止潜在的安全风险。兼容性 ：在购买PHY收发器时，注意其兼容性和标准符合性，以确保与现有设备和系统的无缝集成。如果需要与其他厂商的设备进行互操作，请确保双方设备都符合相同的标准和规范。PHY收发器的厂商
国外厂商
Broadcom（博通） ：Broadcom是全球领先的半导体解决方案提供商，其在PHY收发器领域有着广泛的产品线，覆盖了从千兆以太网到万兆以太网等多个应用领域。Marvell（美满电子） ：Marvell是一家提供通信、网络和存储解决方案的半导体公司。其PHY收发器产品广泛应用于企业网络、数据中心和云服务等领域。Texas Instruments（德州仪器） ：德州仪器是一家全球性的半导体公司，提供多种PHY收发器解决方案，包括以太网、无线和光纤等。Microchip Technology（微芯科技） ：Microchip Technology是一家专注于嵌入式控制解决方案的半导体公司，其PHY收发器产品广泛应用于工业自动化、汽车电子和医疗设备等领域。Realtek（瑞昱） ：Realtek是一家台湾的半导体公司，以其网络通信解决方案而闻名。其PHY收发器产品在家庭网络、消费电子和数据中心等领域有广泛应用。NXP Semiconductors（恩智浦半导体） ：NXP是一家荷兰的半导体公司，其PHY收发器产品涵盖了以太网、无线和光纤等多个领域。此外，还有一些其他的PHY收发器厂商，如Intel、Qualcomm、Silicon Labs等，它们也提供了丰富的PHY收发器产品和解决方案。
国内厂商
盛科网络 ：盛科网络是一家专注于以太网通信芯片设计的高新技术企业，其PHY收发器产品在国内外市场上具有一定的知名度和竞争力。瑞普康 ：瑞普康是一家专注于网络通信芯片的研发、生产和销售的公司，其PHY收发器产品广泛应用于以太网通信领域。裕太微 ：裕太微是一家专注于高速有线通信芯片的研发、设计和销售的公司，以以太网物理层芯片作为市场切入点，不断推出系列芯片产品。裕太微的产品包括百兆、千兆等传输速率以及不同端口数量的PHY收发器，并且其2.5G PHY产品已通过下游客户测试并实现销售。景略 ：景略也是一家在PHY收发器领域有所建树的公司，其产品在市场上具有一定的竞争力。供应商A:Realtek
http://www.realtek.com/
1、产品能力
（1）选型手册
（2）主推型号1：RTL8201F-VB-CG
产品详情介绍
Realtek RTL8211F-CG/RTL8211D-CG/RTL 8211FI-CG/RTL8211FDI-CG是一款高度集成的符合10Base-T、100Base-TX和1000Base-T IEEE 802.3标准的以太网收发器。它提供了通过CAT传输和接收以太网数据包所需的所有物理层功能。5UTP电缆。RTL8211FI和RTL8211DI是按照工业级标准制造的。
RTL8211F（I）/RTL8211FD（I）使用最先进的DSP技术和模拟前端（AFE）通过UTP电缆实现高速数据传输和接收。交叉检测等功能&自动校正、极性校正、自适应均衡、串扰消除、回声消除，在RTL821（I）/RTL8211FD（I）中实现定时恢复和纠错以提供10Mbps、100Mbps或1000Mbps的强大传输和接收能力。
MAC和PHY之间的数据传输是通过用于1000Base-T、10Base-T和100Base-TX。RTL8211F（I）/RTL8211FD（I）支持各种RGMII信号电压，包括3.3、2.5、1.8和1.5V
特性
1000Base-T IEEE 802.3ab兼容
100Base TX IEEE 802.3u兼容
10Base-T IEEE 802.3兼容
支持RGMII
支持IEEE 802.3az-2010（能源
高效以太网）
内置局域网唤醒（WOL）
支持中断功能
支持并行检测
交叉检测和自动校正
自动极性校正
支持PHYRSTB核心电源关闭
基线漂移校正
支持120米CAT.5电缆1000Base-T
可选择的3.3/2.5/1.8/1.5V信号用于RGMII
支持25MHz外部晶体或OSC
为MAC提供125MHz时钟源
提供3个网络状态指示灯
支持Link Down节能
绿色以太网（仅限1000/100Mbps模式
内置开关稳压器和LDO
40引脚QFN绿色封装
55纳米工艺，超低功耗
工业级制造工艺
（RTL8211FI/RTL8211FDI）
系统应用
数字电视
MAU（媒体访问单元）
CNR（通信和网络立管）
游戏机
打印机和办公机器
DVD播放器和刻录机
以太网集线器
以太网交换机
此外，RTL8211F（I）/RTL8211FD（I）可用于任何具有以太网MAC的嵌入式系统需要UTP物理连接。
硬件参考设计2、支撑
（1）技术产品
技术资料C187932_以太网收发器_RTL8211F-CG_规格书_REALTEK(瑞昱)以太网芯片规格书.PDF
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