专利名称：交换机集成电路及交换数据的方法
技术领域：
本发明涉及一种数据交换机。
背景技术：
移动装置通常设计在多种网络环境中运行，如笔记本电脑、个人数字助理
(PDA)、手机。例如，笔记本电脑通常有多种方法连接到网络。根据环境， 笔记本电脑的用户可使用IEEE 802.11或HomeRF无线通信标准选择以无线方 式连接到网络。用户同样可以选择用更安全的连接方式连接到网络，如使用带 RJ-45插头的非屏蔽双绞线(UTP)直接线连接到本地局域网。
为了保证连接的灵活性和可移动性，笔记本电脑必须设计有从一种网络连 接类型转换到另外一种网络连接类型的能力，如从无线连接到有线连接，或从 一个网络连接端口到另一个网络通信端口。笔记本电脑一般有多种网络接连通 信端口，如802.11无线通信端口、 RJ-45兼容网络端口、对接站网络端口。按 照惯例，笔记本电脑通过使用芯片外(off-chip)本地局域网(LAN)交换机 或芯片外高速模拟多路器，转换到用RJ-45网络端口或对接站端口进行操作， 其位于笔记本电脑物理层装置(PHY)的输出和RJ-45、对接站的端口之间。 换句话说，LAN交换机是单独的并不同于PHY芯片。虽然上述例子涉及笔记 本电脑，但是有接入网络能力的其它类型装置(如桌面和其它可移动装置)可 能遇到同样的问题。
因为以下几个原因，笔记本电脑的PHY和网络通信端口之间的额外硬件 没有优势，包括附加组件导致成本增加；因为额外的组件功率和需要有更高 的PHY功率来抵消传输振幅损失而导致全局功率需求增加；因为混合失谐和 信号失真减小了线缆到达距离和连接性能。因此，需要没有上述缺点的千兆位 控制器。
发明内容
本发明针对上述现有技术的缺陷提出一种集成交换机。 根据本发明的一个方面，提供一种集成电路，包括 媒体接入控制器(MAC);
数字信号处理模块，用于从MAC接收信息信号和输出已处理信号； 第一模拟前端(AFE)，具有第一通信端口； 第二模拟前端(AFE)，具有第二通信端口；
交换机，用于接收所述已处理信号，其中所述交换机基于在第一通信端口 或第二通信端口的通信连接是否建立，选择性地将所述已处理信号传送到第一 AFE或第二 AFE。
优选地，所述第二AFE检测第二通信端口上的通信连接。
优选地，所述交换机在在所述第二通信端口上的通信连接活跃时，将所述 已处理信号转发到第二 AFE。
优选地，所述交换机在第一通信端口上的通信连接活跃时，将所述已处理 信号转发到第一AFE。
优选地，所述第二通信端口连接到外部装置，如笔记本对接站。
优选地，所述交换机是数字多路器。
优选地，所述第一通信端口连接到通信连接器。
根据本发明的另一方面，提供一种集成电路，包括
媒体接入控制器(MAC);
第一物理层模块(PHY);
第二 PHY;
数据交换机，具有连接到MAC的输入端、连接到第一 PHY的第一输出端、 连接到第二信号PHY的第二输出端，其中所述交换机基于第二 PHY的通信端口 是否是活跃的，将从MAC接收到的信息转发到第一或第二 PHY。
优选地，所述交换机是数字多路器。
优选地，所述交换机在第二 PHY的通信端口活跃时将接收到的信息转发到
第二PHY。
优选地，所述交换机在第一 PHY的通信端口活跃时将接收到的信息转发到 第一PHY。
优选地，所述第二 PHY的通信端口连接到对接站。 优选地，所述第一PHY的通信端口连接到RJ-45连接器。 根据本发明的一个方面，提供一种在千兆位控制器中交换数据的方法，其
中所述千兆位控制器具有千兆位媒体接入控制器(MAC)、第一输入输出(I/O)
端口、第二输入输出(I/O)端口，该方法包括 监视第一 1/0端口的能级；
基于所述能级确定第一 VO端口是否是活跃的；
在第一 I/O端口活跃时将数据从MAC交换到第一 I/O端口，在第一 I/O 端口不活跃时将数据从MAC交换到第二 1/0端口。
优选地，所述第一i/o端口连接到笔记本电脑对接站。
优选地，所述第二I/0端口连接到RJ-45连接器。 优选地，所述将数据从MAC交换到第一 I/O端口进一步包括 在MAC和用于处理数据的数字信号处理(DSP)模块之间转发数据； 将已处理的数据从DSP模块交换到直接连接到所述第一 I/O端口的第一模 拟前端。
优选地，所述将数据从MAC交换到第二 I/O端口进一步包括 在MAC和用于处理数据的数字信号处理(DSP)模块之间转发数据； 将已处理的数据从DSP模块交换到直接连接到所述第二 I/O端口的第二模 拟前端。
优选地，所述将数据从MAC交换到第一 I/O端口进一步包括 将数据从MAC交换到直接连接到所述第一 I/O端口的第一物理层装置。 优选地，所述将数据从MAC交换到第二 I/O端口进一步包括 将数据从MAC交换到直接连接到所述第二 I/O端口的第二物理层装置。 根据本发明的另一方面，本发明还提供一种集成电路，包括 媒体接入控制器(MAC);连接到所述MAC的物理层装置(PHY)，所述PHY将来自所述MAC的数字数 据转换成模拟数据，反之亦然；
模拟交换机，其基于第一通信端口或第二通信端口是否是活跃的，将所述 模拟数据交换到第一通信端口或第二通信端口 。
优选地，所述第一通信端口连接到连接器接口，所述第二通信端口连接到 电脑对接站。
优选地，所述电脑对接站是笔记本电脑对接站。
优选地，所述模拟交换机在第二通信端口活跃时将模拟数据交换到第二通 信端口 。
优选地，所述连接器接口是RJ-45连接器。
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中 图1是本发明一种典型网络环境的结构示意图； 图2是本发明一种典型的计算机系统的模块图3到5分别是根据本发明实施例的千兆位控制器微处理器的模块图； 图6是根据本发明实施例的一种在对接站I/O端口和单机连接器端口之间 交换数据的方法的流程图。
具体实施例方式
以下描述揭露了一个或多个符合本发明特性的实施例。所描述的实施例和 叙述中的引用的"一个实施"、"一种实施例"、"一种典型的实施例"，表示所 述的实施例可能包含特殊的特征、结构、特性，但是并不是每个实施例都包含 特殊的特征、结构、特性。此外，这个词不必要涉及是同样的实施例。另外， 当结合实施例描述特殊的特征、结构、特性时，所属领域的技术人员应了解结 合其它实施例，而不用管是否描述的很明白。现在开始描述本发明的实施例。 当我们讨论具体的方法和结构时，应了解这只是为了说明的目的。所属领域的 技术人员应知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以使用其它的结
构和程序。
图i是一种典型网络100的示意图，在其中可以运行笔记本电脑103和 109。网络100包括个人电脑101、服务器105、数据集线器107、对接站lll、 网络交换机110。交换机110使电脑101与笔记本电脑103、服务器105、集 线器107进行通信。交换机110同样也使笔记本电脑103、服务器105、集线 器107与任何连接到交换机的其它计算机进行通信。尽管没有指出，电脑IOI 和103、服务器105、集线器107也可以连接到其它的网络系统，如LAN、 WAN、 互联网。
在更高级上，当交换机110从电脑101接收数据时，它会检测数据以确定 数据的目的地址。 一旦目的地址和发出指令被提取，交换机110会决定将接收 的数据发送到哪。例如，电脑101只想发送数据到服务器105。这种情况下， 交换机110会将从电脑101接收的数据传送到服务器105。在其它例子中，电 脑101想要把数据转发到电脑103和服务器105,在此方案中，交换机110会 将由电脑101传输的数据传送到电脑103和服务器105。所属领域的技术人员 基于本申请中给出的示例应该能够了解其它方案。
应注意，存在多种类型的交换装置。每种类型的交换装置明确地设计在特 殊的OSI层运行。在层l，这些交换装置称为集线器或转发器。集线器或转发 器的主要功能是将输入数据广播到集线器的一个或多个端口或轮辐(spoke)。 除数据广播外，转发器也放大原始信号进行重新传送。
在层2，交换装置通常称为多口桥(multiport bridge)或更普通地是交 换机。交换机基于嵌入在数据帧报头内的物理地址(又称为媒体接入控制(MAC) 地址)传送数据。计算机系统或交换机的每个网络接口卡(NIC)具有唯一的 48位长MAC地址，就像"2E ID AC 01 00 01"。通过使用该MAC地址，交换 机可以将数据转发到具有匹配MAC地址的其它交换机或计算机系统。
在层3，交换装置称为路由器。路由器基于他们的目的网络地址或互联网 协议(IP)地址传送数据包。与层2的交换机类似，层3的路由器能够学习地 址和维护地址表，以找到具有对应目的地的数据包。
笔记本电脑103使用RJ45网络端口或通过无线以太网端口连接到网络
100。笔记本电脑10进行类似地配置，但是也配置有通过对接站111连接到网 络100，笔记本电脑10同样也有连接到网络100的RJ-45端口。
图2是一种典型的计算机系统200的示意图，其包括笔记本电脑主板210 和对接站250。主板210包括物理层装置(PHY) 212、交换机214、隔离磁路 (isolation magnetic circuit) 216、 RJ-45接连器端口 218、接连传感器 220。如图所示，主板210实现在笔记本电脑109上，但同样可以在笔记本电 脑103上实现。
PHY212负责为主板210发送和接收数据信号。在传输中，数据信号由交 换机214接收，同样也传送到RJ-45端口 218或对接站通信端口 222。 一般地， 笔记本电脑主板包括信号传感器(如传感器220)，用于检测RJ-45连接器218 上或通过连接器222a的对接站上是否存在活跃接连。当传感器220在通信端 口 222a上检测到活跃连接时，会告知交换机214专有地在PHY 212和通信端 口 222a之间交换数据。
为了保护PHY 212和主板的其它组件，PHY 212与通信端口 218之间的数 据信号通过隔离磁路216滤波。照这样，可以滤掉双绞线中的高电压信号。
如图2所示，对接站250包括通信端口 222b、隔离磁路252、 RJ-45端口 254。通信端口 222b与主板的端口 222a配对。与隔离磁路216类似，隔离磁 路252在端口 254保护PHY 212，以防止潜在的高电压信号。
图3是根据本发明的实施例的一种系统300的模块图。系统300包括千兆 位控制器微处理器310、隔离磁路316a-b、 RJ-45端口318、对接站通信端口 322。隔离磁路316a-b连接到千兆位控制器310的输入/输出(I/O)端口 312a 和312b。这样，千兆位控制器310在端口 318或端口 322防止了高电压信号 和其它电压异常。另一种方案中，磁路316b可以物理上位于对接站内，以取 代在系统300中的设置。
千兆位控制器310包括MAC 330、 PHY数字信号处理(DSP)模块332、数 字交换器340、第一 PHY模拟前端(AFE)电路342、第二 PHY模拟前端电路344。 AFE电路342和344分别连接到I/O端口 312a和312b。数字交换机340连接 在raY DPS模块332和AFE电路342和344之间。交换机340包括第一 I/O端口 341a、第二 I/O端口 341b、第三I/O端口 341c。 I/O端口 341a连接到 PHY DSP 332。 I/O端口 341b连接到AFE电路342，而I/O端口 341c连接到 AFE电路344。
在一个实施例中，PHY DSP模块332包括依据IEEE 802. 3标准的物理编 码子层(PCS)。
在千兆位控制器310中，AFE电路342和344连续地监视I/O端口 312a 和312b的连接能(link energy),以此确定哪个端口是活跃的。如果在端口 312a检测到连接能，交换机340将在PHY DSP 332和AFE电路342之间传送 数据。如果在端口 312b检测到连接能，交换机340将在PHY DSP 332和AFE 电路344之间传送数据。如果端口 312a和312b都确定为活跃的，则交换机 340只在PHY DSP 332和AFE电路344 (其连接到对接站通信端口 322)之间 传送数据。或者，如果端口 312a和312b都是活跃的，交换机340只在PHY DSP 332和AFE电路342之间传送数据。
交换机340是双向数字交换机。这样，数据可以从PHY DSP 332传输到 AFE电路342，或从AFE电路342传送到PHY DPS 332。与图中所示的两个交 换通道不同的是，交换机340可具有两个或更多可能的交换通道。举个例子， 千兆位控制器310可能有"n"个类似于端口 312的通信端口。在此方案中， 千兆位控制器310有相应的"n"个AFE，每个通信端口对应一个。此外，交 换机340能实现与lOBase-T、 100Base-TX、 lOOOBase-T以太网系统(或其它 通信标准)工作。在一个实施例中，交换机340是双向数字多路器。应注意， 其它交换实现同样也可以使用于在PHY DSP 332和AFE 342 (或AFE 344)之 间交换数字信号。此外，所属领域的技术人员应了解数字交换机在第一电路和 几个第二电路之间交换数字信号的实现。
系统300的设计排除了千兆位控制器310和端口 318、 322之间的芯片外 交换机214的需求。交换机214的去掉减少了系统300的功耗和成本。此外， 没有芯片外交换机的情况下，电路设计者不用担心PHY的AFE和芯片外交换机 接口上的阻抗失配，而这可能引起信号失真和振幅损失。还有，当使用芯片外 交换机时，PHY不得不以高功率级驱动，以抵消振幅损失。
此外，系统300的集成交换机允许千兆位控制器310获得与系统200相比 更高的线缆到达距离，其部分地受益于由芯片外交换机产生的混合失谐 (hybrid mismatch)和传送失真的消除。
图4是根据本发明实施例的一种系统400的模块图。系统400包括千兆位 控制器微处理器410、隔离磁路416a-b、RJ-45端口 418、对接站通信端口 422。 隔离磁路416a-b连接到千兆位控制器410的输入/输出(I/O)端口 412a和 412b。照这样，隔离磁路416a-b可以在端口 418或端口 422保护千兆位控制 器410，防止高电压信号。
千兆位控制器410包括MAC 430、第一 PHY模块435a、第二 PHY模块435b、 数字交换机440。 PHY模块435a和435b中每个包括其自己的与端口 418或端 口 422通信的AFE电路(没示出)。尽管图中只示出了两个PHY模块，千兆位 控制器410可以具有两个或更多连接到交换机440的PHY模块。每个PHY模块 1/0端口同样在连接到网络通信端口 (如端口 422)之前，先连接到隔离磁路。 尽管没有示出，PHY模块435a包括其自己的raY DSP 332和AFE电路342。
与交换机340类似，交换机440是双向千兆位数字交换器。这样，数据可 以从MAC 430传输到PHY 435a，或从PHY 435a传送到MAC 430。交换机440 可具有两个或更多的交换通道。例如，千兆位控制器410拥有类似于端口412 的"n"个通信端口和"n"个AFE，每个通信端口对应一个。此外，交换机440 能实现与lOBase-T、 100Base-TX、 lOOOBase-T以太网系统(或其它通信标准) 工作。在一个实施例中，交换机440是双向数字多路器。所属领域的技术人员 应该清楚数字交换机在第一电路和多个第二电路之间交换数字信号的实现。
数字交换机440连接在MAC 430和PHY模块435a-b之间。交换机440包 括第一 I/O端口 441a、第二 I/O端口 441b、第三I/O端口 441c。 I/O端口 441a 连接到MAC 430。 I/O端口 441b连接到PHY模块435a，而I/O端口 441c连接 到PHY模块435b 。
PHY 435a和435b监视端口 412a和412b的连接能。如果在端口 412a检 测到连接能，交换机440将在MAC 430和PHY 435a之间传送数据。如果在端 口 412b检测到连接能，交换机440将在MAC 430和I^HY 435b之间传送数据。 如果端口 412a和412b都确定为活跃的，则交换机440会只在MAC 430和PHY 435b (其连接到对接站通信端口 422)之间传送数据。
图5是根据本发明实施例的一种计算机系统500的模块图。系统500包括 千兆位控制器芯片，其包括千兆位MAC530、千兆位PHY535、模拟交换机540。 系统500此外还包括几个隔离磁路516a-b、 RJ-45通信端口、对接站通信端口 522、对接站传感器524。
模拟交换机540是高速模拟多路器，其设计为在几个电路之间传送模拟数 据信号。所属领域的技术人员应该清楚模拟交换机或多路器的实现。如图5 所示，交换机540集成到千兆位控制器芯片510内。照这样，PHY的AFE和交 换机之间的阻抗匹配精确地在芯片级完成，因而有助于减少信号失真和振幅损 失。应注意，所属领域的技术人员应该清楚模拟交换机在几个电路之间交换模 拟信号的实现。此外，交换机540可以具有两个或更多交换通道(如多路UTP 通道)。交换540同样可以实现与10Base-T、 100Base-TX、 1000Base-T以太网 系统(或其它通信标准)工作。
交换机540有两个连接到千兆位控制器510 I/O端口 512a、 512b的I/O 通信端口和一个连接到PHY 535的1/0端口。当传感器524在端口 522检测到 连接能，会驱使交换机540只在PHY 535和端口 522之间交换数据。如果没在 端口 522检测到连接能，交换机540在PHY 535和端口 518之间交换数据。
与隔离磁路416a和416b类似，隔离磁路516a和516b用于在端口 518 或端口 522保护千兆位控制器芯片，防止电压异常。
图6是一种千兆位控制器中在对接站I/0端口和单机连接器端口之间交换 数据(不需要单独的LAN交换机)的方法的流程图。方法600可以在千兆位控 制器310、 410、 510中实现。在步骤610中，千兆位控制器310监视其输入输 出(I/O)端口中的至少一个。在一个实施例中，千兆位控制器310只监视连 接到笔记本电脑对接站的I/O端口 312b。或者，千兆位控制器310可以监视 其所有1/0输出端口。
在步骤620，千兆位控制器310通过测量端口的能级(energy level)确 定1/0端口 312b是否是活跃的。例如，这可以通过测量端口 312b的电压级完
成。
在步骤630，如果已经确定端口 312b是活跃的，千兆位控制器310在千 兆位MAC 330和1/0端口 312b之间交换数据。
在步骤630，如果已经确定端口 312b是不活跃的，千兆位控制器310在 千兆位MAC 330和IA)端口 312a之间交换数据。这样排除了千兆位控制器310 和端口 318、 322之间芯片外交换机的需求。这有助于减少功耗和成本，更有 利于内部交换，千兆位控制器310与系统200相比可以获得更大的线缆到达距 离。
结论
虽然以上描述了本发明的各种实施例，应当理解,其目的仅在于举例说明， 而没有限制性。本领域的技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围情况下， 在形式上和细节上还可做各种的改变。因此，本发明的保护范围不当仅局限于 以上描述的任一实施例，而应该依照权利要求及其等同来限定。
权利要求
1、一种集成电路，其特征在于，包括媒体接入控制器；数字信号处理模块，用于从媒体接入控制器接收信息信号和输出已处理信号；第一模拟前端，具有第一通信端口；第二模拟前端，具有第二通信端口；交换机，用于接收所述已处理信号，其中所述交换机基于在第一通信端口或第二通信端口的通信连接是否建立，选择性地将所述已处理信号传送到第一模拟前端或第二模拟前端。
2、 根据权利要求1所述的集成电路，其特征在于，所述第二模拟前端检 测第二通信端口上的通信连接。
3、 根据权利要求1所述的集成电路，其特征在于，所述交换机在在所述 第二通信端口上的通信连接活跃时，将所述已处理信号转发到第二模拟前端。
4、 根据权利要求1所述的集成电路，其特征在于，所述交换机在第一通 信端口上的通信连接活跃时，将所述已处理信号转发到第一模拟前端。
5、 一种集成电路，其特征在于，包括 媒体接入控制器； 第一物理层模块； 第二物理层模块；数据交换机，具有连接到媒体接入控制器的输入端、连接到第一物理层模 块的第一输出端、连接到第二物理层模块的第二输出端，其中所述交换机基于 第二物理层模块的通信端口是否是活跃的，将从媒体接入控制器接收到的信息 转发到第一或第二物理层模块。
6、 根据权利要求5所述的集成电路，其特征在于，所述交换机是数字多 路器。
7、 一种在千兆位控制器中交换数据的方法，其中所述千兆位控制器具有千兆位媒体接入控制器、第一输入输出端口、第二输入输出端口，其特征在于， 所述方法包括监视第 一输入输出端口的能级 ，基于所述能级确定第一输入输出端口是否是活跃的；在第一输入输出端口活跃时将数据从媒体接入控制器交换到第一输入输 出端口，在第一输入输出端口不活跃时将数据从媒体接入控制器交换到第二输 入输出端口。
8、 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一输入输出端口连 接到笔记本电脑对接站。
9、 一种集成电路，其特征在于，包括 媒体接入控制器；连接到所述媒体接入控制器的物理层装置，所述物理层装置将来自所述媒 体接入控制器的数字数据转换成模拟数据，反之亦然；模拟交换机，其基于第一通信端口或第二通信端口是否是活跃的，将所述 模拟数据交换到第一通信端口或第二通信端口 。
10、 根据权利要求9所述的集成电路，其特征在于，所述第一通信端口连 接到连接器接口，所述第二通信端口连接到电脑对接站。
全文摘要
本发明涉及一种交换机集成电路及交换数据的方法，将网络通信芯片的信号多路传输给多个网络通道。该集成电路包括媒体接入控制器；数字信号处理模块，用于从媒体接入控制器接收信息信号和输出已处理信号；第一模拟前端，具有第一通信端口；第二模拟前端，具有第二通信端口；交换机，用于接收所述已处理信号，其中所述交换机基于在第一通信端口或第二通信端口的通信连接是否建立，选择性地将所述已处理信号传送到第一模拟前端或第二模拟前端。本发明的交换机集成电路有助于减少功耗和成本，更有利于内部交换，可以获得更大的线缆到达距离。
文档编号H04L12/02GK101207495SQ20071030536
公开日2008年6月25日 申请日期2007年12月21日 优先权日2006年12月22日
发明者凯文·腾海·钱 申请人:美国博通公司