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上世紀70年(nian)代以太網誕(dan)生(sheng)了，發展至如今(jin)我們(men)對它(ta)并不陌生(sheng)，浮現在(zai)現代化生(sheng)活(huo)的每(mei)一(yi)個角落，或許正因它(ta)的無所不在(zai)讓其(qi)(qi)帶著神(shen)秘(mi)的色(se)彩(cai)，今(jin)天我們(men)將從其(qi)(qi)中一(yi)個角度揭開其(qi)(qi)神(shen)秘(mi)的面紗。

　　我們現今使用的網絡接口均為，目前(qian)(qian)(qian)大(da)部分處理器(qi)都(dou)支持以(yi)(yi)(yi)太(tai)網(wang)口(kou)。目前(qian)(qian)(qian)以(yi)(yi)(yi)太(tai)網(wang)按照(zhao)速(su)率主(zhu)(zhu)要包括(kuo)10M、10/100M、1000M三種接(jie)(jie)口(kou)，10M應用(yong)已經很少，基本為(wei)10/100M所代替。目前(qian)(qian)(qian)我(wo)司產品的(de)(de)以(yi)(yi)(yi)太(tai)網(wang)接(jie)(jie)口(kou)類(lei)型(xing)主(zhu)(zhu)要采用(yong)雙絞線的(de)(de)RJ45接(jie)(jie)口(kou)，且基本應用(yong)于工控(kong)領域，因(yin)工控(kong)領域的(de)(de)特(te)殊(shu)性，所以(yi)(yi)(yi)我(wo)們對以(yi)(yi)(yi)太(tai)網(wang)的(de)(de)器(qi)件選型(xing)以(yi)(yi)(yi)及PCB設計(ji)相當(dang)考究(jiu)。從(cong)硬(ying)件的(de)(de)角度看，以(yi)(yi)(yi)太(tai)網(wang)接(jie)(jie)口(kou)電(dian)路(lu)主(zhu)(zhu)要由MAC(Media Access Controlleroler)控(kong)制(zhi)和物(wu)理層接(jie)(jie)口(kou)(Physical Layer，PHY)兩(liang)大(da)部分構成。大(da)部分處理器(qi)內部包含了(le)以(yi)(yi)(yi)太(tai)網(wang)MAC控(kong)制(zhi)，但并(bing)不提供物(wu)理層接(jie)(jie)口(kou)，故需外(wai)接(jie)(jie)一(yi)片物(wu)理芯片以(yi)(yi)(yi)提供以(yi)(yi)(yi)太(tai)網(wang)的(de)(de)接(jie)(jie)入(ru)通道。面(mian)對如(ru)此(ci)復雜的(de)(de)接(jie)(jie)口(kou)電(dian)路(lu)，相信各位硬(ying)件工程師們都(dou)想知道該硬(ying)件電(dian)路(lu)如(ru)何在(zai)PCB上實現(xian)。

　　下圖 1以(yi)太網(wang)的典型(xing)應(ying)用。我們的PCB設計基(ji)本是按照這個(ge)框圖來布(bu)局布(bu)線(xian)，下面我們就以(yi)這個(ge)框圖詳(xiang)解以(yi)太網(wang)有(you)關的布(bu)局布(bu)線(xian)要點(dian)。

　　圖 1 以太網典型(xing)應(ying)用

　　1. 圖(tu) 2網(wang)口(kou)變壓器沒有集成在網(wang)口(kou)連接器里(li)的(de)參(can)考(kao)電路PCB布(bu)局、布(bu)線(xian)(xian)圖(tu)，下面就以圖(tu) 2介紹以太網(wang)電路的(de)布(bu)局、布(bu)線(xian)(xian)需注(zhu)意的(de)要點。

　　圖 2變壓(ya)器沒有集成在(zai)網口連接器的電路PCB布(bu)局、布(bu)線參考(kao)

　　a) RJ45和變(bian)壓器之(zhi)間的(de)(de)距離(li)盡可(ke)能(neng)的(de)(de)短(duan)，晶振遠離(li)接口、PCB邊緣和其他的(de)(de)高頻設(she)備、走線或磁性元(yuan)件周圍，PHY層芯片和變(bian)壓器之(zhi)間的(de)(de)距離(li)盡可(ke)能(neng)短(duan)，但有時為了顧全整體布(bu)局(ju)，這(zhe)一點可(ke)能(neng)比較難(nan)滿足，但他們之(zhi)間的(de)(de)距離(li)最大約10~12cm，器件布(bu)局(ju)的(de)(de)原則是通常按(an)照(zhao)信號流向放(fang)置，切不可(ke)繞來(lai)繞去(qu);

　　b) PHY層(ceng)芯(xin)片的(de)電源(yuan)濾波按照要芯(xin)片要求設計，通(tong)常每個電源(yuan)端(duan)都需放置一個退耦(ou)(ou)電容(rong)，他(ta)們可以為信(xin)號提供(gong)一個低阻抗通(tong)路(lu)，減小電源(yuan)和(he)(he)地平面間的(de)諧振，為了讓電容(rong)起(qi)到去耦(ou)(ou)和(he)(he)旁路(lu)的(de)作用，故要保(bao)證退耦(ou)(ou)和(he)(he)旁路(lu)電容(rong)由電容(rong)、走線、過孔、焊(han)盤組成的(de)環路(lu)面積(ji)盡(jin)量小，保(bao)證引(yin)線電感盡(jin)量小;

　　c) 網口變(bian)壓器PHY層芯片(pian)側中(zhong)心抽頭對地的濾波電容要盡量靠(kao)近變(bian)壓器管(guan)腳，保證引線(xian)最短，分布電感最小;

　　d) 網口變壓(ya)器接口側的共(gong)模電(dian)阻和高壓(ya)電(dian)容靠近中(zhong)心抽頭放置，走線(xian)短而粗(≥15mil);

　　e) 變壓(ya)器的(de)兩(liang)邊需要(yao)割地(di)：即RJ45連接(jie)座和(he)變壓(ya)器的(de)次級(ji)線圈(quan)用單獨的(de)隔(ge)離(li)地(di)，隔(ge)離(li)區域100mil以上，且在這個隔(ge)離(li)區域下沒有電源和(he)地(di)層存在。這樣做(zuo)分割處理，就是為了(le)達(da)到(dao)(dao)初(chu)、次級(ji)的(de)隔(ge)離(li)，控(kong)制(zhi)源端的(de)干擾通過參(can)考平面耦合到(dao)(dao)次級(ji);

　　f) 指示燈的電源線(xian)和(he)驅(qu)動信號線(xian)相鄰(lin)走線(xian)，盡量(liang)減小環路面積。指示燈和(he)差分線(xian)要(yao)進行必要(yao)的隔離，兩者要(yao)保證足(zu)夠(gou)的距離，如有空間可用(yong)GND隔開;

　　g) 用于連接GND和PGND的電(dian)阻及電(dian)容需放置地(di)分割區域。

　　2. 以太(tai)網的(de)(de)(de)信(xin)號線(xian)(xian)是以差分(fen)對(Rx±、Tx±)的(de)(de)(de)形式存在，差分(fen)線(xian)(xian)具有很強共模抑(yi)制能(neng)力，抗干(gan)擾(rao)能(neng)力強，但是如果(guo)布線(xian)(xian)不當，將會帶來嚴重的(de)(de)(de)信(xin)號完整性(xing)問題。下(xia)面我們來一(yi)一(yi)介紹差分(fen)線(xian)(xian)的(de)(de)(de)處(chu)理要點(dian)：

　　a) 優先繪制(zhi)Rx±、Tx±差分(fen)對，盡量保(bao)持差分(fen)對平行、等長(chang)(chang)、短(duan)距，避免過孔、交叉。由于管腳分(fen)布、過孔、以及走線(xian)空間等因素(su)存(cun)在(zai)使(shi)得差分(fen)線(xian)長(chang)(chang)易不匹(pi)配，時序會(hui)發生偏移，還會(hui)引(yin)入共模干擾，降低信(xin)號質量。所以，相應的(de)要對差分(fen)對不匹(pi)配的(de)情(qing)況作出補(bu)償(chang)，使(shi)其線(xian)長(chang)(chang)匹(pi)配，長(chang)(chang)度差通常(chang)控制(zhi)在(zai)5mil以內，補(bu)償(chang)原則是哪里(li)出現長(chang)(chang)度差補(bu)償(chang)哪里(li);

　　b) 當速度要求高時需對(dui)Rx±、Tx±差(cha)分(fen)對(dui)進行阻抗(kang)控(kong)制，通常阻抗(kang)控(kong)制在100Ω±10%;

　　c) 差分信(xin)號(hao)終(zhong)端電阻(49.9Ω，有的(de)PHY層芯(xin)片可能(neng)(neng)沒有)必須靠近PHY層芯(xin)片的(de)Rx±、Tx±管腳放(fang)置，這樣(yang)能(neng)(neng)更好(hao)的(de)消除通信(xin)電纜中的(de)信(xin)號(hao)反射;

　　d) 差(cha)分線對(dui)上的濾波電(dian)容必須對(dui)稱放置，否則差(cha)模(mo)可能轉成共模(mo)，帶(dai)來共模(mo)噪(zao)聲，且其走線時不能有stub ，這樣才能對(dui)高頻噪(zao)聲有良好的抑制(zhi)能力。

　　3. 變壓器集(ji)成在連接(jie)器的(de)(de)以太網(wang)電(dian)路的(de)(de)PCB布局(ju)、布線(xian)較不集(ji)成的(de)(de)相對(dui)簡單很多，下圖(tu) 3是(shi)采用一(yi)體化連接(jie)器的(de)(de)網(wang)口電(dian)路的(de)(de)PCB布局(ju)、布線(xian)參考圖(tu)：

　　圖 3一(yi)體化(hua)連接(jie)器的(de)網口PCB布局、布線參考圖

　　從(cong)上圖可以看出，圖 3和圖 1的(de)不同(tong)之處在(zai)于(yu)少(shao)了網口變壓(ya)器(qi)，其它(ta)大(da)體相同(tong)。不同(tong)之處主要(yao)體現在(zai)網口變壓(ya)器(qi)已集(ji)成至連(lian)接器(qi)里(li)，所(suo)以地平面無需進行(xing)分割(ge)處理(li)，但我們依然需要(yao)將一體化連(lian)機器(qi)的(de)外殼連(lian)接到連(lian)續的(de)地平面上。

　　以太網布局布線方面的(de)要大致就這些(xie)，好的(de)PCB布局布線不(bu)僅可以保證電路性(xing)能(neng)，還可以提高電路性(xing)能(neng)，筆者水平有限(xian)，不(bu)足之處歡迎指正(zheng)交流。