為了讓eP
ort-M模塊的
PCB設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單,提高硬件直通率,本文將介紹ePort-M的
PCB設(shè)計(jì)技巧,并通過(guò)實(shí)際案例說(shuō)明PCB布局布線對(duì)ePort-M的影響。
??產(chǎn)品簡(jiǎn)介
在傳統(tǒng)方式的網(wǎng)絡(luò)通訊電路設(shè)計(jì)中,MCU的MAC控制器應(yīng)先通過(guò)RMII信號(hào)線連接至PHY芯片,再經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)變壓器連接至RJ45座子,設(shè)計(jì)過(guò)程復(fù)雜,對(duì)設(shè)計(jì)人員要求較高,且遇到問(wèn)題需要改動(dòng)時(shí),非常不便。
ePort-M百兆以太網(wǎng)模塊采用RMII接口,內(nèi)部集成了PHY芯片與網(wǎng)絡(luò)變壓器,用戶使用時(shí)僅需完成MCU的MAC控制器和ePort-M模塊管腳之間的走線即可,使得網(wǎng)絡(luò)通訊電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單化,縮短了開(kāi)發(fā)時(shí)間,降低了設(shè)計(jì)人員要求。圖1 網(wǎng)絡(luò)通訊電路設(shè)計(jì)示意圖
??PCB設(shè)計(jì)技巧
在使用ePort-M進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)時(shí),建議遵循以下幾點(diǎn)設(shè)計(jì)規(guī)則:-
RMII信號(hào)線布線時(shí)需控制單端50歐阻抗匹配,避免阻抗不連續(xù)造成信號(hào)反射,影響通訊質(zhì)量;
-
RMII中TX組與REF_CLK的串聯(lián)匹配電阻(如圖2中的R5~R8)布局時(shí)應(yīng)靠近信號(hào)發(fā)射端即MCU端放置;
-
RMII走線間距建議至少保持2W,若受限PCB空間,應(yīng)優(yōu)先確保REF_CLK的間距要求;
-
RMII信號(hào)線以REF CLK時(shí)鐘線為基準(zhǔn)進(jìn)行等長(zhǎng)布線,建議控制在200mil左右;
-
RMII信號(hào)線及MDC/MDIO應(yīng)遠(yuǎn)離板上其它干擾源布線,如遠(yuǎn)離開(kāi)關(guān)電源等;
-
RMII信號(hào)回流平面應(yīng)完整;
-
當(dāng)使用一路MDIO接口同時(shí)管理多路ePort-M時(shí),MDIO走線推薦按圖3所示方式布線。
圖2 ePort-M典型應(yīng)用電路
圖3 MDC/MDIO推薦布線
??
案例分享當(dāng)PCB設(shè)計(jì)未能遵循上述設(shè)計(jì)規(guī)則時(shí),可能會(huì)造成ePort-M模塊通訊異常,輕則速率達(dá)不到要求,重則無(wú)法ping通。下面以實(shí)際案例說(shuō)明。某塊搭載雙路ePort-M模塊的工控底板在實(shí)際使用過(guò)程中,其網(wǎng)口無(wú)法正常通訊,出現(xiàn)頻繁Link Up與Down的情況,長(zhǎng)ping測(cè)試結(jié)果如圖4所示。工控底板PCB布局布線如圖5所示。
圖4 工控底板網(wǎng)口長(zhǎng)ping測(cè)試結(jié)果
圖5 雙路ePort-M工控底板PCB圖經(jīng)分析,該底板PCB設(shè)計(jì)有以下幾點(diǎn)問(wèn)題:-
RMII中TX組信號(hào)線的串接電阻布局于ePort-M端,正常應(yīng)布局在核心板/MCU端(案例中REF_CLK串接電阻已集成在核心板上);
-
同組RMII信號(hào)線布線間距過(guò)近,可能會(huì)造成線間干擾;
-
不同組RMII信號(hào)線相鄰層平行布線,可能會(huì)造成層間干擾;
-
RMII信號(hào)線未控制阻抗,會(huì)造成信號(hào)反射;
-
RMII、MDC/MDIO信號(hào)線布線與5V_DC-DC開(kāi)關(guān)電源電路相鄰,導(dǎo)致RMII、MDC/MDIO受到干擾。
據(jù)此,我們采集了工控底板RMII各信號(hào)與MDC/MDIO的波形,發(fā)現(xiàn)MDIO信號(hào)波形有明顯異常,其波形如圖6所示。
圖6工控底板的MDIO波形
進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)工控底板的MDIO脈沖頻率與DC-DC電源電路的開(kāi)關(guān)頻率相近,測(cè)得其兩者波形如圖7所示,可見(jiàn)兩者具有強(qiáng)相關(guān)性。
圖7DC-DC輸出信號(hào)與MDIO信號(hào)波形
對(duì)此情況,我們將DC-DC開(kāi)關(guān)電源電路斷開(kāi),直接由外部電源供電,經(jīng)測(cè)試,兩路網(wǎng)均口能夠正常通訊,且通訊速率符合要求,通訊速率測(cè)試結(jié)果如圖8所示。
圖8 外部供電時(shí)網(wǎng)口通訊速率測(cè)試結(jié)果
通過(guò)上述案例可見(jiàn),PCB布局布線對(duì)ePort-M模塊的通訊質(zhì)量具有較大影響,工程師在進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)滿足上文所述的設(shè)計(jì)規(guī)則。
關(guān)聯(lián)產(chǎn)品
技術(shù)交流群長(zhǎng)按識(shí)別如下二維碼可加入“工控板/核心板技術(shù)交流群”,與志同道合的朋友交流,并有專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員為您答疑解惑,如有問(wèn)題可以咨詢小致微信:zlgmcu-888。
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