1 pontos por GN⁺ 2024-06-17 | 1 comentários | Compartilhar no WhatsApp
  • mrxSwitch é um switch Ethernet não gerenciável 100BASE-TX de 5 portas totalmente open source, divulgado pela MUREX Robotics, projetado com prioridade para miniaturização e baixo custo
  • O hardware usa o CI de switch IP175Gx, magnéticos externos e conectores Fast Ethernet de passo 1,25 mm, reduzindo uma entrada de até 15 V para a tensão de operação de 3,3 V
  • A V2 mede 44,9 mm × 42,2 mm e busca conformidade com IEEE 802.3 usando placa de 4 camadas, terminação no estilo Bob Smith, pares diferenciais de 100 Ω, transformadores magnéticos e chokes de modo comum
  • Tanto a V2.0 quanto a V1.0 já foram testadas e tiveram o funcionamento confirmado, e estão disponíveis os arquivos de layout da placa V2 e um post no blog sobre a V1
  • Na V2, o tamanho foi reduzido em 30%, o custo de BOM caiu 15%, dois QT24A23 foram trocados por um QT48A03, e os componentes de configuração e a EEPROM foram removidos

Projeto do mrxSwitch e escopo de aplicação

  • mrxSwitch, também chamado de MUREX Ethernet Switch, é um switch não gerenciável 100BASE-TX de 5 portas que usa o CI de switch Ethernet integrado IP175Gx
  • Pode receber uma entrada de até 15 V e faz a conversão para a tensão de operação de 3,3 V
  • A placa foi projetada com uma estrutura de 4 camadas para reduzir ruído
  • Foi aplicada terminação no estilo Bob Smith em todos os center taps, e os pares diferenciais foram calculados para 100 Ω
  • Para buscar conformidade com o padrão IEEE 802.3, usa 10 pares de transformadores magnéticos e chokes de modo comum
  • O tamanho da V2 é 44,9 mm × 42,2 mm e, segundo a documentação, é apresentado como o menor switch de rede do mundo em junho de 2024
  • As áreas de uso incluem sistemas embarcados, ROVs, AUVs, eletrônicos de consumo, projetos DIY e aplicações de rede com restrição de espaço

Materiais publicados e composição de componentes

  • Status dos testes

    • V2.0 teve os testes e a verificação de funcionamento concluídos, e os arquivos de layout da placa estão disponíveis
    • V1.0 também teve os testes e a verificação de funcionamento concluídos, e pode ser conferida no post do blog
  • Principais CIs e componentes

    • IC Plus IP175Gx: switch integrado Ethernet 10/100 de 5 portas
      • Switch embarcado 100BASE-TX de 5 portas
      • Processo CMOS de 85 nm
      • Suporte a LEDs de status
      • Suporte a configuração por EEPROM
    • LM1117MP-3.3: LDO de 800 mA
      • Saída fixa de 3,3 V
      • Entrada máxima de 15 V
      • Dropout de 1,2 V
    • QT48A03: transformador de porta dupla 1000Base-T
      • Primário de 350 uH
      • Bias DC de 8 mA
    • BT16A07: transformador de porta única 10/100 Base-T
      • Primário de 350 uH
    • 2x QT24A23: transformador de porta única 10/100/1000Base-T marcado como retired
      • Primário de 350 uH
      • Bias DC de 8 mA
    • O PDF do esquemático também está disponível

O que mudou na V2

  • O tamanho foi reduzido em 30%, tornando-se o menor switch de rede do mundo em junho de 2024
  • O uso de componentes mais básicos reduziu o custo total de BOM em 15%
  • Dois QT24A23 foram substituídos pelo QT48A03, mais barato e mais compacto
  • Os componentes de configuração e a EEPROM foram removidos

1 comentários

 
GN⁺ 2024-06-17
Opiniões no Hacker News
  • É muito legal que uma equipe de estudantes do ensino médio tenha criado algo assim. Quando eu projetava a aviônica de foguetes líquidos no Purdue Space Program, usávamos switches da BotBlox por 80 dólares cada, e na época isso parecia absurdo
    A proposta de fazer internamente um switch Ethernet foi rejeitada por sermos “estudantes de CS imundos” (brincadeira), e o co-líder de eletrônica achou que não valia o tempo para projetar e validar uma peça dessas
    É incrível poder fabricar diretamente na JLCPCB um switch Ethernet de 6,9 dólares, e obrigado por tornar essa categoria de produto um pouco melhor
    https://sagarpatil.me/projects/cms-avi-hw
    https://botblox.io/products/micro-gigabit-ethernet-switch

    • Seria bom publicar também a página do projeto como um Show HN separado. Achei interessante
      Concordo com a decisão de não usar I2C. I2C foi apontado como causa raiz de falhas em várias missões CubeSat, e clock stretching é realmente maligno. Acho que I2C deveria ser proibido para comunicação entre múltiplas placas
      https://pure.tudelft.nl/ws/portalfiles/portal/10531886/art_3...
      https://webapps.unsworks.library.unsw.edu.au/fapi/datastream...
      O Classic CAN tem uma MTU de 8 bytes com preempção de quadros, então é útil para seu propósito original de transmitir dados automotivos sensíveis ao tempo. Afinal, se um pacote de freio de 4 bytes ficar bloqueado por um pacote de 1500 bytes, o carro vai bater e explodir. Em compensação, ele fica muito lento para transferência de grandes volumes de dados
    • “Tornar essa categoria de produto um pouco melhor” é exatamente o que a MUREX está tentando fazer. Acreditamos sinceramente nisso e vamos continuar enquanto existirmos
      Pode ser difícil de acreditar, mas o switch Ethernet foi o hardware menos problemático da nossa stack de tecnologia. As outras placas também estão na documentação, então fique à vontade para dar uma olhada. O seu foguete também é muito legal, e quando eu for para a universidade quero muito fazer algo parecido
    • Há produtos no mercado em várias faixas de preço; por exemplo, o switch de 55x55 mm da nossa empresa, Brainboxes, também custa menos de 50 dólares. Escolhemos esse tamanho para também poder criar uma opção gigabit no mesmo form factor
      Escolhemos conectores no estilo microMatch para permitir tanto opções placa-a-placa quanto placa-a-cabo. O co-líder ter optado por comprar é uma decisão comum; usar produto pronto reduz o tempo de lançamento e também evita a gestão do ciclo de vida dos componentes
      https://www.brainboxes.com/product/pure-embedded/pe-505
      https://www.te.com/en/products/brands/micro-match.html?tab=p...
    • Vale observar que o switch linkado é descrito como um switch gigabit, enquanto o switch da MUREX é de 100 Mbps. Não sei bem se isso justifica a diferença de preço
  • Parece bacana. Entendo que reguladores lineares de tensão funcionam descartando como calor a diferença de tensão até chegar à tensão-alvo, em vez de chavear a corrente de saída como um conversor buck
    Então, com entrada de 12 V, dependendo da corrente da carga, até (12-3,3)V * 0,8A = 6,96 W podem ser dissipados como calor na placa. Imagino que, para um switch FE real, ele use só uma pequena fração dos 0,8 A, mas fico curioso para saber se a placa fica fria o suficiente ao toque. Se não tiver certeza, é melhor verificar com o dorso da mão ou a parte de trás dos dedos

    • Na prática, fica quente ao toque. A placa não consome 800 mA, mas chega a cerca de 60 °C
      Max, o principal projetista da V2, disse que recomenda um dissipador de calor. Com a solução de vias térmicas, ela se mantém dentro de uma temperatura razoavelmente segura. Escolhemos um LDO para reduzir custos e, nos nossos robôs, fornecemos 3,3 V diretamente pelo conversor buck da placa de alimentação do Max, que gera 3,3 V para o sistema inteiro
    • LDO é muito menor e não gera ruído como uma fonte chaveada. É verdade que desperdiça parte da energia, mas isso pode ser reduzido mantendo a tensão de dropout o menor possível
  • Bom projeto e bem feito. Só que, do jeito que está agora, ele compete com produtos que já existem, então é difícil dizer que mira bem um novo mercado ou um mercado existente
    Por exemplo, o switch pequeno 10/100 da TrendNet não é um hub e, incluindo gabinete, fonte de alimentação e frete, custa US$ 7,31 no eBay. Para sair do território de commodity, é preciso encontrar nichos com demanda, como automotivo, aeroespacial, militar ou marítimo
    Drives de disquete de 3,5 polegadas e 2,88 MB também continuaram sendo usados principalmente em sistemas industriais e comerciais turnkey até por volta de 2020, depois de desaparecerem dos desktops. Mesmo tecnologias jurássicas sobrevivem por muito tempo em sistemas críticos quando se considera que o custo de substituição é alto demais
    É seguir em frente, aprender e melhorar
    Além disso, se alguém fizer um switch de 48 portas 10GBASE-T POE++ de 960 W a 1600 W+, no mínimo L2, com suporte de não gerenciável a totalmente gerenciável, mas sem recursos de nuvem, 4 uplinks 100GBASE QSFP28, PSUs duplas hot-swap, duas orientações de portas, 19 polegadas 1U com metade da profundidade e possibilidade de montagem na parede, e que não soe como um motor a jato mesmo em carga total, eu pagaria até algo na casa dos US$ 6 mil
    Como comparação, o modelo FS S5860-48XMG-U de US$ 4.800 chega perto, mas por causa das duas PSUs 1U e dos 3 ventiladores de chassi hot-swap ele é barulhento como um motor a jato, e só existe no formato comum de topo de rack com portas frontais, o que torna o gerenciamento de cabos desnecessariamente longo e bagunçado

    • Isto não é um switch Ethernet de mesa. Componentes de robôs, como câmeras industriais ou sensores laser avançados, usam muito interface Ethernet em vez de USB ou RS232C
      Isso resolve as limitações de comprimento de cabo dos barramentos de periféricos e problemas de confiabilidade de conexão. Há o ônus de usar protocolos de comunicação entre nós, como Ethernet e TCP/IP, mas esse compromisso é perfeitamente aceitável
      Colocar um switch de tamanho normal dentro de um robô é difícil de aceitar. Ele é volumoso demais para situações em que precisa caber no braço superior ou na pelve de um humanoide; um switch ou hub comum não serve
      Este produto resolve exatamente esse problema de empacotamento em robôs. Ele é eletricamente um switch/hub, mas o ponto principal é que fisicamente é muito menor
    • Um Juniper EX4100 atende a todos esses requisitos
      Acrescentar exigências de ruído não faz sentido. É como colocar as fontes de alimentação de 48 dispositivos de 90 W em uma única caixa pequena e densa e, ao mesmo tempo, reclamar que ela precisa ficar fria
      Se há espaço para 48 dispositivos PoE, também há espaço para um IDF devidamente refrigerado e com isolamento acústico
    • Um switch 1G incluindo gabinete, fonte de alimentação e conectores RJ45 também sai por menos de US$ 10 no Ali
    • Uma combinação que dissipe 3,4 kW e ainda cumpra as restrições de tamanho e ruído que você pediu pode ficar muito além do razoável, mesmo antes de considerar o custo. Ainda assim, talvez haja espaço para esperança
  • Bem feito. Para quem não é da área de hardware e não está 100% familiarizado com a terminologia, seria bom colocar mais fotos
    Tenho curiosidade especialmente sobre fotos do enclosure. Não sei bem se são só headers expostos ou se a placa tem conectores Ethernet comuns

    • Para deixar a placa o menor possível, deixamos expostos conectores Molex Picoblade de passo 1,25 mm
      Graças aos componentes magnéticos integrados, basta ligar fios a um conector RJ45 para conectá-la a qualquer dispositivo Ethernet. Vou adicionar mais fotos em breve
  • O BotBlox SwitchBlox Nano, usado como comparação, tem 2 portas a menos, mas mede 25,50 x 25,50 mm. Este produto mede 44,90 x 42,11 mm; como justificar a afirmação de que é o menor do mundo?

    • Aqui é o Max, principal projetista da revisão V2. Você está certo. Como eu e a equipe não conhecíamos o switch de 3 portas da BotBlox, o mais correto seria dizer que é o menor switch não gerenciável de 5 portas do mundo
      A menor alternativa comercial que encontramos também era o switch não gerenciável de 5 portas da BotBlox, e nós nos saímos melhor tanto em tamanho quanto em custo
      Nosso objetivo é criar eletrônicos open source, econômicos e acessíveis para o maior número possível de pessoas. Nesse sentido, nossa placa é muito mais atraente e, pessoalmente, considero um sucesso
      https://botblox.io/products/small-ethernet-switch
  • Por US$ 6,90, na prática até vender por US$ 30–40 ainda pareceria um negócio bem razoável
    Já a Blue Robotics é do tipo “US$ 175 mais US$ 50 de frete, e ainda pague imposto de importação com base nos US$ 175”
    https://bluerobotics.com/store/comm-control-power/tether-int...
    Tudo que eles vendem é absurdamente caro, e parece que precisam de um concorrente de verdade

    • Preços de hardware em pequenas quantidades sempre parecem irritantemente altos, mas, quando você se envolve diretamente, no momento em que multiplica as horas-pessoa gastas no desenvolvimento pelo salário por hora do McDonald's, ou multiplica o preço unitário viável pelo volume de vendas esperado, tudo começa a parecer desesperadoramente baixo
      Nunca tinha ouvido falar da Blue Robotics, mas duvido que esse produto de US$ 175 venda mil unidades por ano. Mesmo que venda, isso dá US$ 170 mil de receita, e o caixa recuperado antes de descontar qualquer gasto — muito menos impostos ou custos de pessoal — equivale a algo como dois salários de engenheiros iniciantes
      Mesmo supondo de forma otimista que mil unidades sejam vendidas todo ano, é bem possível que mal sustente uma pessoa. Grandes multinacionais embarcam milhões de unidades, então conseguem amortizar com muito mais facilidade os custos únicos de engenharia e vender produtos pequenos quase a preço de custo
  • É realmente impressionante e admirável que isso tenha sido feito por adolescentes
    Tenho uma curiosidade: você tem alguma ideia do que seus pais fizeram para você se interessar tanto por eletrônica e hacking?
    Quero expor meus três filhos à ciência da computação e à engenharia elétrica/eletrônica, e trabalho com isso, mas não sei como fazer. Meus pais não fizeram nada de especial além de comprar todos os livros que eu queria, e eu simplesmente fiquei obcecado em entender coisas mais legais
    Obrigado por compartilhar um projeto tão bacana com o mundo; seu futuro parece muito promissor

  • Trabalho excelente. Mas fico curioso por que não deram suporte a Gigabit Ethernet. Faz mais de 10 anos que não uso Ethernet de 100 Mbit

    • Sou o Altan, membro da Murex. Muitas das decisões de projeto desse switch vieram dos requisitos do nosso robô subaquático
      No nosso caso, a velocidade de comunicação ficava limitada pela taxa de transmissão pelo tether. Usamos OFDM com isolamento galvânico para carregar dados sobre a linha de energia
      Como tamanho e custo eram os principais objetivos, 100 Mbit fazia mais sentido do que Gigabit Ethernet. Um switch gigabit teria sido mais legal, mas também aumentaria o tamanho e o custo
    • Não conheço o contexto, mas Ethernet de 100 Mb ainda é bastante comum em dispositivos embarcados e em aplicações que usam protocolos de rede principalmente como apoio à comunicação serial UART. Para uma resposta detalhada sobre esse caso específico, faz sentido seguir a resposta da equipe
    • Os padrões modernos de Ethernet são muito melhores, claro. Minha casa inteira também está cabeada com 10 Gb, e em alguns pontos rodo até Infiniband de 40 Gb
      Mesmo assim, 100 Mbps ainda tem seu lugar. Especialmente em embarcados, dispositivos lentos e dispositivos de baixo custo. Se um microcontrolador só envia alguns pacotes por segundo, não há motivo para gastar mais com 4 fios, pinos e roteamento de trilhas
    • Se você está fazendo um ROV com tether, o peso do tether é um problema enorme, então acrescentar mais 4 fios não é uma opção
      Equipamentos que descem a grandes profundidades usam fibra óptica, que é mais leve, mas naturalmente isso aumenta bastante o custo, então é algo que se quer evitar quando possível
    • GigE exige o dobro de pinos. Esta placa não parece ter muito espaço para colocar mais entradas e saídas
      Gigabit é bom, sem dúvida, mas há muitas aplicações em que 100M é suficiente
  • Se a ideia é mirar usos embarcados, fico curioso por que usaram o tradicional Fast Ethernet base-tx em vez de Ethernet de par único (base-t1, t1l/t1s)

    • Como usamos conexões Ethernet bem padronizadas, usar Fast Ethernet torna tudo muito simples. Basta cortar e emendar o cabo e funciona
  • Impressionante e bem feito. Quero comprar quando for lançado
    É verdade que ele não ganha em componentes genéricos e preço, mas existe claramente um nicho em que o fato de não ser de um grande fabricante e de ser hardware aberto bem documentado vira uma vantagem decisiva

    • Por enquanto, basta enviar um e-mail para byran@mrx.ee