一、以太網(wǎng)介紹:
以太網(wǎng)接口電路主要由MAC控制器和物理層接口(Physical Layer,PHY)兩大部分構(gòu)成,目前常見的以太網(wǎng)接口芯片,如 LXT971、RTL8019、RTL8201、RTL8039、CS8900、DM9008 等,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)也主要包含這兩部分。
一般32 位處理器內(nèi)部實(shí)際上已包含了以太網(wǎng) MAC 控制,但并未提供物理層接口,因此,需外接一片物理層芯片以提供以太網(wǎng)的接入通道。
常用的單口 10M/100Mbps 高速以太網(wǎng)物理層接口器件主要有 RTL8201、LXT971等,均提供MII接口和傳統(tǒng)7線制網(wǎng)絡(luò)接口,可方便的與CPU接口。以太網(wǎng)物理層接口器件主要功能一般包括:物理編碼子層、物理媒體附件、雙絞線物理媒體子層、10BASE-TX 編碼/解碼器和雙絞線媒體訪問單元等。
模塊示圖:
A.RJ45和變壓器合并示例:
B.RJ45和變壓器分離示例:
實(shí)體圖示:
二、布局布線原則
A.推薦布局原則:
1、RJ45和變壓器之間的距離應(yīng)盡可能的縮短。
2、復(fù)位電路信號應(yīng)當(dāng)盡可能的靠近以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換芯片,并且若果可能的話應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)離TX+/-、RX+/-和時(shí)鐘信號。
3、時(shí)鐘電路應(yīng)盡可能的靠近以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換芯片,遠(yuǎn)離電路板邊緣、其他高頻信號、I/O端口、走線或磁性元件周圍。
4、以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換芯片和變壓器之間的距離也應(yīng)該盡可能的短,以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換芯片和變壓器之間的距離一般不要超過5inch(1 inch=1000 mil)。
5、每個(gè)電源管腳放置一個(gè)容值為0.1uf或者0.01uf的小電容,芯片周邊每個(gè)電壓應(yīng)該最少有一個(gè)以上的大于4.7uf的大電容。
6、以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換芯片到CPU的距離也盡可能的短,并留出繞等長的空間。
7、一般RJ45網(wǎng)口插座旁邊會更具結(jié)構(gòu)要求放置LED指示燈,而RJ45插座這邊一般只放置LED指示燈,將與LED指示燈相配置的電阻、電容或者磁珠放置在DGND區(qū)域,并注意在跨接線上放置橋接電容。
8、對交流端接的放置,如果以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換芯片的資料有布局要求(有的芯片會要求放置在以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器端)就按照芯片資料完成布局;如果沒有要求,一般情況下交流端接靠近以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器邊。
總體要求示意圖:
PCB范例示意圖:
B、推薦布線原則:
1、變壓器下面所有層挖空(從變壓器封裝的絲印框就可以了,沒必要挖到管腳)。
2、從變壓器下面畫出PGND和DGNS的隔離帶、隔離帶的最小寬度為80mil。
3、電源信號的走線(退耦電容走線,電源線,地線)應(yīng)該保持短而寬。退耦電容上的過孔直徑最好稍大一點(diǎn)。 每一個(gè)電容都應(yīng)當(dāng)有一個(gè)獨(dú)立的過孔到地。
4、TX+-盡量走表層,對內(nèi)等長約束為5mil。RX+-盡量走表層,對內(nèi)等長約束為5mil,TX和RX沒必要等長。走線長度差應(yīng)當(dāng)保持在 2cm 之內(nèi),Rx±最好不要有過孔, 并且布線在元件側(cè)。
5、交流端接一般要經(jīng)過電阻再連接到芯片或者變壓器上,不允許有STUB的存在。
6、以太網(wǎng)芯片到CPU的GMII接口線的發(fā)送部分( GTX_CLKTX_ENTX_ERTXD[7:0])和接收部分(GRX_CLKRX_DVRX_ERRXD[7:0])要分開布線,不要將接收和發(fā)送網(wǎng)絡(luò)混合布線、線與線直接的間距滿足3W需要、RX和TX分別等長,等長范圍在100mil。走線的長度不應(yīng)當(dāng)超過該信號的最高次諧波(大約10次諧波)波長的1/20。例如:25M 的時(shí)鐘走線不應(yīng)該超過 30cm,125M信號走線不應(yīng)該超過12cm (Tx±, Rx±)。
7、有的變壓器兩端(特別是以太網(wǎng)信號來自背板插座)并沒有將變壓器兩邊的地分開,在這種情況下,變壓器下面挖空是必須的。
8、有的變壓器管腳分布,并不是常見的從一側(cè)管腳輸入,從另一側(cè)管腳輸出,而是同一側(cè)的管腳上半部分是輸入,下半部分是輸出,在分割平面的時(shí)候一定要注意。
9、TX和RX走線間距滿足4W(差分線寬和間距選大者)以上。走線要求如下圖所示:
10、對于千兆以太網(wǎng)的信號線優(yōu)先選擇最優(yōu)的信號層進(jìn)行布線,過孔數(shù)量不要超過2個(gè),換層時(shí)請?jiān)诓怀^200mil的范圍內(nèi)增加回流地過孔。
11、從變壓器的PHY芯片的走線長度一般不超過12cm(大約5 inch)。
12、以太網(wǎng)模塊的電源線要粗而直,濾波電容的放置位置和數(shù)量要合理。
13、有的原理圖在電源部分增加了磁珠,磁珠要盡量靠近所提供的電源管腳,磁珠兩邊根據(jù)原理圖或者設(shè)計(jì)要求增加電容,磁珠的布線要合理(一般采用鋪銅和打過孔的方式)。
一般通用的法則,例如25M晶體下面不能走其它的信號線、時(shí)鐘線不要走在RJ45插座下面,復(fù)位信號的布線要求滿足3W要求等也要適用以太網(wǎng)的PCB板設(shè)計(jì)
電源和地的處理原則如下:
RJ - 45底盤接地和數(shù)字地通過一個(gè)1M歐姆的電阻和一個(gè)0.1uF的去耦電容應(yīng)隔離。機(jī)箱地和數(shù)字地之間的差距,必須比60密耳寬。
圖4 典型的機(jī)箱/數(shù)字地平面與磁集成單RJ- 45
圖5 典型機(jī)箱/數(shù)字地平面分開的RJ - 45和磁所有的數(shù)字和模擬不同的電源電壓的電源平面應(yīng)隔離。
圖6 典型的數(shù)字/模擬電源平面與磁集成單RJ- 45
圖7 典型的數(shù)字/模擬電源平面獨(dú)立的RJ- 45和磁
注:上述數(shù)字是數(shù)字電源(VCCxx)和模擬電源(AVCCxx)平面說明LAN電路板設(shè)計(jì)圖。
以太網(wǎng)物理層接口器件過來的信號接往RJ45網(wǎng)口插座時(shí)需要注意:金屬機(jī)殼以及與印制板相連的金屬前面板應(yīng)與印制板內(nèi)部電路(包括信號和地線層)隔離至少 5mm 以上,印制板靜電電流泄放通路的地應(yīng)優(yōu)先選擇機(jī)殼地,板上的金屬部件和金屬接插件能就近接機(jī)殼的應(yīng)就近接機(jī)殼,無法就近接機(jī)殼的接靜電保護(hù)地環(huán)或工作地,工作地應(yīng)是大面積的地層。
1. 晶體/振蕩器的時(shí)鐘源和數(shù)字信號的開關(guān)噪聲應(yīng)保持距離的MDI0 ±,MDI1 ±,MDI2 ± MDI3 ±差分對。此外,晶體/振蕩器可漫步電容和其他信號的噪聲敏感,最好是遠(yuǎn)離I / O端口,高頻信號的痕跡,磁場,電路板的邊緣,等部署的結(jié)晶。
2. 以太網(wǎng)磁應(yīng)盡可能接近盡可能RJ - 45接口。
3. 千兆以太網(wǎng)PHY應(yīng)放在盡可能接近的磁性。如果PCB的布局上有一定的局限性,從千兆以太網(wǎng)PHY的磁跡線長度不應(yīng)該超過5英寸。
4.MDI0 ± MDI1 ± MDI2 ± MDI3 ±差分對應(yīng)該盡可能接近路由。道間距D1之間MDI0 +和MDI0(或之間MDI1 +和MDI1,MDI2 +和MDI2,MDI3 +和MDI3)對應(yīng)該在8?10密耳。走線的寬度應(yīng)相應(yīng)調(diào)整,以產(chǎn)生所需的微量元素阻抗。
5.間距D2應(yīng)大于200密爾。如果PCB的布局實(shí)在是難以滿足這一要求,首長級薪級第2點(diǎn)的間距應(yīng)盡可能大。
6.路線MDI0 ±,MDI1 ± MDI2 ± MDI3 ±差分對盡量伸直,并保持在差分對并行。
7.保持之間MDI0的走線長度的差異和MDI0(或之間MDI1 +和MDI1,MDI2 +和MDI2,MDI3 +和MDI3)一雙700密耳內(nèi)。
8.的終止電阻49.9Ω和電容的MDI0 ±,MDI1 ±,MDI2 ±和MDI3 ±差分對應(yīng)該放在盡可能接近磁和跟蹤應(yīng)少于400密爾。
9.路線MDI0 ±,MDI1 ± MDI2 ± MDI3 ±差分對運(yùn)行對稱的,平等的長度,并盡可能接近。
10.避免使用過孔上的MDI0痕跡± MDI1 ±,MDI2 ± MDI3 ±差分對。如果PCB的布局確實(shí)需要使用差分對通孔,請匹配的通孔,以保持平衡差分對。
11.電源平面和數(shù)字地平面不應(yīng)該劃歸磁性和RJ - 45接口。
12.直角,避免路由信號的跟蹤,而不是,信號線應(yīng)與多個(gè)45?角路由。
MII 接口包含兩種接口:SMII 和 SSMII
SMII 布局布線遵循下列原則:
1) TX_RXCLK 和 TX_RXSYNC 與其它信號間要求滿足 3W 原則;
2) 收和發(fā)分為兩組信號,每組信號間要盡量等長,走相同布線層,誤差小于 100mil;
3) TX_RXCLK 優(yōu)先采用帶狀線,布線盡量同層;
4) 保證所有信號有完整的參考地平面;
5) 布線的長度小于 10cm(不經(jīng)過連接器);
6) 阻抗要求 50ohm +/-10%;
7) 布線拓?fù)洌寒?dāng)端口數(shù)多于 1 個(gè)以上,TXD+/-一組信號和 RXD+/-一組信號分別并行走線
8) 過孔要求盡量少。
SSMII 接口布線遵循如下原則:
1) 走線一般要求參考 SMII 布局布線要求。
2) 一般驅(qū)動端的內(nèi)阻為 17 歐姆,因此需要在驅(qū)動端串接 33 歐姆的電阻,此電阻離驅(qū)動端越近越好。
3) 線長要求:RX CLK 和 TX CLK 的長度差在 250MIL 以內(nèi)。
4) 所有 INPUT 信號或 OUTPUT 信號,走相同布線層線長差必須在 200MIL 以內(nèi)。
5) 所有信號的總長不能超過 15 英寸。
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原文標(biāo)題:以太網(wǎng)口模塊,你真的懂嗎?
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