基于亚信AX88179A芯片的USB 3.2转千兆以太网设计

2023年1月4日

透过已被广泛使用于各种消费电子产品的USB接口，亚信电子AX88179A USB 3.2 Gen1转千兆以太网芯片解决方案，可以为轻薄短小的笔记本电脑、智能手机、平板电脑、游戏机等智能连网设备，提供一个高速稳定、简单设计、容易使用、高性价比的有线连网最佳解决方案。

（图一） USB以太网 vs 无线网络连网速度比较 on 任天堂Switch

为轻薄省电的智能连网设备提供高速稳定的有线网络－ USB以太网芯片

USB通信接口由于硬件设计很简单与具有高传输速度的特性，迅速发展成为大部分行动设备的标准通信接口。 USB 2.0通信接口（只需要4引脚），最大传输速度可达480 Mbps；USB 3.2 Gen1通信接口（只需要9引脚），支持可双向插拔的USB Type-C通信接口，最大传输速度可达5 Gbps；最新推出的USB 4.0标准（只需要24引脚），最大传输速度更可达40 Gbps，以符合未来超高速通信接口的市场需求。另外，USB通用串行总线技术可支持热插拔（Hot-Swap）、即插即用（Plug & Play）与大电流快速充电的便捷功能，因此现在已经广泛使用于各种计算机周边设备、笔记本电脑、智能手机、平板电脑、手持式行动装置、游戏机等智能连网设备，成为现代智能世代科技中最重要的通信接口之一。

现代的智能连网设备皆讲求可携性及轻薄短小之特性，因此大部分都以Wi-Fi无线网络或4G/5G网络为主要的通信接口，并且不再支持内置的有线以太网通信接口。然而，部分无线网络环境有时会受周遭环境的影响，导致网络连接不稳与资料传输速度缓慢的问题，利用便利的USB通信接口，连接USB以太网卡或智能底座扩展坞，成为智能连网设备获得高速稳定有线连网功能的最佳解决方案。

（图二） AX88179A USB 3.2 Gen1 转千兆以太网产品应用

超高速USB以太网芯片

亚信电子为一专业的工业/嵌入式/USB以太网与I/O桥接芯片设计制造厂商。 20多年来长期耕耘USB以太网芯片市场，累积广大的客户群，并获得许多国际大厂的认证使用，奠定全球USB以太网芯片市场的领导厂商地位。

亚信电子AX88179A是一款USB 3.2 Gen1转千兆以太网控制单芯片，将USB 3.2 Gen1实体层（PHY）、10/100/1000Mbps千兆以太网实体层（PHY）及媒体存取控制器（MAC）整合于单一芯片中。 AX88179A在Windows 11/10/8.x、Linux/Android/Chrome OS、Nintendo Switch等作业系统皆已支持内置的驱动程序，在macOS/Linux作业系统并可支持内置的CDC-NCM驱动程序，提供客户便利的免驱动（Driverless）与即插即用（Plug and Play）软件支持功能。 AX88179A可适用于各种桌上型计算机、笔记本电脑、USB以太网卡、智能底座扩展坞、智能手机/平板电脑扩展底座、游戏机、POS收银机、智能摄影机/机上盒、5G/LTE路由器/网关，与各种支持USB接口的嵌入式系统等智能家居与办公室网络相关产品应用。

（图三） AX88179A产品硬件设计方块图

（图四） AX88179A电路原理图

（图五） AX88179A PCB布局设计文件

简单地硬件设计

亚信电子提供完整的AX88179A电路原理图与PCB布局设计文件给客户参考，让设计人员可以简单地将AX88179A设计到需要透过USB 3.2 Gen1接口支持千兆以太网功能的产品应用中，并可大大地缩短客户产品硬件设计的时程。

（图六）亚信USB以太网芯片－免驱动与即插即用软件支持

便利的免驱动（Driverless）与即插即用（Plug and Play）软件支持

亚信电子USB以太网芯片解决方案皆提供完整的软韧件技术支持，包括Apple macOS、Windows 11/10/8.x、Linux/Android/Chrome OS、UEFI X64/ARM等驱动程序，以及工厂生产烧录与测试相关的工具。客户完成产品硬件设计后，可以直接使用亚信电子提供的驱动程序与生产烧录测试工具，进行产品功能测试验证，不需要额外的软件人力进行相关软韧件开发与维护。

最新的AX88179A USB 3.2 Gen1转千兆以太网控制芯片，可向下相容AX88179软件驱动程序，因此在Windows 11/10/8.x、Linux/Android/Chrome OS、Nintendo Switch等作业系统皆可自动安装系统内置的驱动程序，不需另外安装驱动程序，即可正常使用网络连线功能。另外，AX88179A支持USB-IF定义的CDC-ECM与CDC-NCM标准网络设备协议，在macOS/Linux作业系统可自动安装内置的CDC-NCM驱动程序，提供客户便利的免驱动（Driverless）与即插即用（Plug and Play）软件支持功能。

（图七）亚信USB以太网芯片解决方案 for 任天堂Switch

有些游戏机平台（如任天堂Switch）只支持Wi-Fi无线连网功能，为了提供使用者更稳定及高传输速度的上网体验，任天堂Switch作业系统已经内置亚信USB以太网芯片的驱动程序。在Switch游戏机插入亚信AX88179A USB以太网卡后，会自动安装系统内置的驱动程序，即可开始轻松地使用任天堂提供的线上服务功能。

（图八） AX88179A Windows生产烧录与测试环境

（图九） AX88179A Windows生产烧录工具

（图十） AX88179A Windows生产网络测试工具

提高工厂量产效率的生产烧录测试工具

所有网络产品皆需要设置一个唯一的MAC地址。因此，在工厂生产AX88179A产品时，都必须在AX88179A 内置的eFuse或外部的Flash闪存，烧录一个唯一的MAC地址，并进行网络基本功能测试。为了加速客户工厂生产效率，亚信电子提供Windows生产烧录与测试工具，方便客户直接在产线上进行AX88179A eFuse/Flash闪存的烧录，并可做基本网络功能的测试，以缩短AX88179A生产烧录测试所需的时间。

（图十一） iPerf3网络效能测试工具

（图十二） AX88179A iPerf3网络效能测试数据

超高速USB以太网效能测试数据

使用者可以使用免费的iPerf3 网络效能测试工具（https://iperf.fr/），在Apple macOS、Windows 11/10/8.x、Linux/Android/Chrome等不同的作业平台上，进行网络效能的测试。 AX88179A除了在各种作业平台下，提供便利的免驱动（Driverless）与即插即用（Plug and Play）软件支持功能；也提供优秀的高传输网络速度与低CPU使用率的网络效能。根据iPerf3测试数据结果，AX88179A 在USB 3.2与1000M全双工（Full-duplex）运作模式下，Tx与Rx网络效能可达940Mbps，CPU使用率为4%。以下是iPerf3在Server与Client端网络效能测试指令的范例。

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

先进的电源管理与精准时间同步进阶功能

因应全球低功耗节能省电产品的大趋势，AX88179A支持先进的电源管理功能，如NDIS通信协定卸载（ARP & NS）、ECMA-393 ProxZzzy主机休眠标准、微软现代待机（Modern Standby）等进阶省电功能，可以大幅降低系统进入休眠模式后的耗电量。在AX88179A USB 3.2与1G全双工高效能运作模式下，耗电量约0.65瓦；进入低功耗WOL休眠模式后，耗电量大幅降低至约0.09瓦；关闭WOL进入休眠模式后，耗电量可以接近0瓦。传统的以太网芯片，在系统正常运作状态下，网络线拔除后以太网芯片仍然处于正常运作的状态，造成一些不必要的耗电量。 AX88179A支持独特的AutoDetach省电模式，当侦测到网络线被拔除时，AX88179A会主动脱离USB主机进入省电模式，耗电量大幅降低至约0.06瓦；当侦测到网络线被插入后，AX88179A会自动恢复成正常运作模式。这个AX88179A独特的省电功能，可以大幅降低在系统正常运作下不需要使用连网功能时的耗电量。

智能家居、智能办公室、智能工厂、智能城市、智能交通、…，身处于一个万事万物皆需连网的智能世代，如何能够让所有连网设备都能做到精准的时间同步？现有的IEEE 1588精确时间协议（Precision Time Protocol, PTP）标准就是一个很好的解决方案。为了因应智能世代精准时间同步的产品需求，AX88179A支持IEEE 1588v2与802.1AS精确时间协议（PTP）功能，提供客户一个方便使用又可以支持精准时间同步功能的USB转千兆以太网解决方案。根据AX88179A在Linux平台的实测数据，两台AX88179A设备间精准时间同步的速度可以达到35ns。

结论

在万物皆讲求轻薄短小的智能世代中，亚信电子AX88179A USB 3.2 Gen1转千兆以太网控制芯片，提供客户一个高速稳定、简单设计、容易使用、高性价比的USB转千兆以太网解决方案。在Apple macOS、Windows 11/10/8.x、Linux/Android/Chrome OS、Nintendo Switch等作业系统皆已支持内置的驱动程序，可以轻松地做到免驱动（Driverless）与即插即用（Plug and Play）的便利功能。利用AX88179A的先进电源管理与精确时间协议进阶功能，可以进一步满足客户产品低功耗与精准时间同步的市场需求。透过已被广泛使用并可支援热插拔（Hot-Swap）、即插即用（Plug & Play）与大电流快速充电等便利功能的USB通信接口，超高速USB以太网解决方案必然可以快速成长，成为提供高速稳定有线连网功能的最佳解决方案。