イーサネットインターフェイスIC

イーサネットICとは？

イーサネットICは、機器をEthernetネットワークへ接続し、データの送受信や通信制御を行うための半導体デバイスです。イーサネットインターフェイスICには、通信フレームを処理するイーサネットコントローラ、電気信号とデジタルデータを変換するイーサネットPHY、複数ポート間の通信を制御するイーサネットスイッチICなどがあります。通信規格や役割に応じたICを組み合わせることで、マイコンやプロセッサとLANケーブル側の物理インターフェースを接続できます。産業機器、組み込み機器、ネットワーク装置、IoT機器、車載システムなど、Ethernet通信を利用する幅広い電子機器で使われています。

イーサネットICの仕組み

イーサネットICは、プロセッサやマイコンから受け取ったデータをEthernetフレームとして処理し、PHYを通じてネットワークケーブルへ送信できる電気信号に変換します。受信時は反対に、ケーブルから入力された信号をPHYでデジタルデータへ変換し、MACやコントローラを介してホスト側へ渡します。製品によってはMAC、PHY、スイッチ機能などを1つのICに統合している場合もあり、必要な通信機能や回路構成に応じて選定します。

イーサネットICとラインインターフェースICの違い

イーサネットICは、Ethernet規格に基づく通信を処理する専用ICで、フレーム処理、PHY機能、ポート間のスイッチングなどを担います。一方、ラインインターフェースICは、RS-232、RS-485、CANなどを含む各種通信ラインで、信号レベルの変換や送受信を行うICを広く指します。

そのため、LANやEthernet通信を実装する場合はイーサネットIC、特定のシリアル通信規格やバス規格で電気信号を送受信する場合はラインインターフェースICが主な選択肢です。ただし、どちらもホスト回路と外部通信ラインを接続する役割を持つため、通信規格と必要なプロトコル処理の範囲を確認して選びます。

イーサネットICの種類

イーサネットICは、通信処理の役割やネットワーク構成によって複数のタイプがあります。

• イーサネットコントローラ：MACや通信制御機能を備え、マイコンやプロセッサと連携してEthernetフレームの送受信を管理するタイプです。
• イーサネットPHY：デジタルデータとEthernetケーブル上の電気信号を相互変換し、物理層の通信を担うタイプです。
• イーサネットトランシーバIC：Ethernet信号の送受信を行うICで、PHY機能を中心にホスト側回路と通信ラインを接続します。
• イーサネットスイッチIC：複数のEthernetポート間でフレームを転送し、組み込みスイッチやネットワーク機器の構築に使われます。
• PHY内蔵イーサネットコントローラ：MACやコントローラ機能とPHYを1つのICに統合し、部品点数や基板スペースを抑えたい設計に適しています。

イーサネットICの選び方

イーサネットICは、通信速度、機能構成、ホスト接続、ポート数、実装条件などを確認して選定します。

• 通信速度：10 Mbps、100 Mbps、1 Gbps、2.5 Gbps、10 Gbpsなどから、システムに必要な帯域と接続先の規格に対応する製品を選びます。イーサネットPHYでは、対応する速度モードとオートネゴシエーションの仕様も確認します。
• 機能構成：MACのみ、PHYのみ、MAC＋PHY、スイッチ内蔵、プロトコル処理対応などから、システム側にすでに搭載されている機能との重複を避けて選びます。統合度によって回路構成や価格も変わります。
• ホストインターフェース：MII、RMII、RGMII、SGMII、SPI、PCIeなどから、接続するマイコン、FPGA、プロセッサに適合するインターフェースを選びます。通販で比較する際は、ピン配置や電圧仕様も確認すると選定しやすくなります。
• ポート数：1ポート、2ポート、4ポート、5ポート、8ポート以上などから、必要なネットワーク構成に合わせて選びます。特にイーサネットスイッチICでは、アップリンクを含めた総ポート数や管理機能の有無が重要です。
• 電源・パッケージ：1.8 V、2.5 V、3.3 V対応、QFN、QFP、BGA、WLCSPなどがあり、基板の電源構成や実装スペースに合わせて選びます。メーカーによって販売される温度範囲や省電力機能、パッケージが異なるため、用途に応じて仕様を比較します。

イーサネットICのメーカー

イーサネットICは、通信・インターフェース半導体を扱う複数のメーカーから販売されています。

• Microchip：組み込み機器向けのイーサネットコントローラ、PHY、スイッチICなどを展開し、各種通信速度やインターフェースに対応する製品を扱っています。
• onsemi：通信インターフェースやアナログ・デジタル半導体を展開し、Ethernet接続に関連するPHYやトランシーバ製品を取り扱っています。
• MaxLinear：高速通信やネットワーク向け半導体を展開し、Ethernet PHYなどの有線通信インターフェース製品を扱っています。
• Renesas Electronics：組み込み・産業用途向け半導体を展開し、Ethernet通信に使うPHYやネットワーク関連ICを取り扱っています。
• Texas Instruments：インターフェースICや組み込み向け半導体を幅広く展開し、産業用途を含む各種イーサネットPHYを扱っています。
• Omron：産業用制御・通信機器を展開し、Ethernet接続を利用するFA・制御分野向けの関連製品を取り扱っています。