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上世紀70年(nian)代以太網誕生(sheng)了，發展至如今我們對它并不陌生(sheng)，浮現(xian)在現(xian)代化生(sheng)活的(de)每一(yi)個角落，或(huo)許(xu)正因它的(de)無所不在讓其(qi)帶著神秘(mi)的(de)色彩，今天我們將從其(qi)中一(yi)個角度揭開其(qi)神秘(mi)的(de)面紗。

　　我們現今使用的網絡接口均為，目前(qian)大(da)部(bu)分處理器(qi)都支持以(yi)太(tai)網(wang)(wang)(wang)(wang)口(kou)(kou)(kou)。目前(qian)以(yi)太(tai)網(wang)(wang)(wang)(wang)按照速率主要包括10M、10/100M、1000M三種接(jie)(jie)(jie)口(kou)(kou)(kou)，10M應用已經很少，基本(ben)(ben)為10/100M所代替(ti)。目前(qian)我司(si)產(chan)品的(de)以(yi)太(tai)網(wang)(wang)(wang)(wang)接(jie)(jie)(jie)口(kou)(kou)(kou)類型主要采用雙絞線的(de)RJ45接(jie)(jie)(jie)口(kou)(kou)(kou)，且(qie)基本(ben)(ben)應用于(yu)工控領域，因(yin)工控領域的(de)特(te)殊性(xing)，所以(yi)我們(men)對以(yi)太(tai)網(wang)(wang)(wang)(wang)的(de)器(qi)件選(xuan)型以(yi)及(ji)PCB設計相當考究。從硬(ying)件的(de)角度看(kan)，以(yi)太(tai)網(wang)(wang)(wang)(wang)接(jie)(jie)(jie)口(kou)(kou)(kou)電路主要由MAC(Media Access Controlleroler)控制(zhi)和物理層接(jie)(jie)(jie)口(kou)(kou)(kou)(Physical Layer，PHY)兩大(da)部(bu)分構成。大(da)部(bu)分處理器(qi)內部(bu)包含了以(yi)太(tai)網(wang)(wang)(wang)(wang)MAC控制(zhi)，但并不提供物理層接(jie)(jie)(jie)口(kou)(kou)(kou)，故需外接(jie)(jie)(jie)一片(pian)物理芯片(pian)以(yi)提供以(yi)太(tai)網(wang)(wang)(wang)(wang)的(de)接(jie)(jie)(jie)入通道。面對如(ru)此(ci)復雜(za)的(de)接(jie)(jie)(jie)口(kou)(kou)(kou)電路，相信各(ge)位(wei)硬(ying)件工程師們(men)都想知道該硬(ying)件電路如(ru)何在PCB上實現。

　　下圖(tu) 1以(yi)(yi)太(tai)網(wang)的(de)(de)典型應用。我(wo)們的(de)(de)PCB設計基本是按照這(zhe)個(ge)(ge)框圖(tu)來布(bu)局(ju)布(bu)線，下面我(wo)們就(jiu)以(yi)(yi)這(zhe)個(ge)(ge)框圖(tu)詳解(jie)以(yi)(yi)太(tai)網(wang)有關(guan)的(de)(de)布(bu)局(ju)布(bu)線要點。

　　圖 1 以太(tai)網典型應用

　　1. 圖 2網口(kou)變壓器(qi)沒有(you)集成在網口(kou)連接器(qi)里的(de)參考電路PCB布局(ju)、布線(xian)圖，下面(mian)就以圖 2介紹(shao)以太(tai)網電路的(de)布局(ju)、布線(xian)需注意的(de)要點(dian)。

　　圖 2變(bian)壓(ya)器(qi)沒有集成在網口連(lian)接器(qi)的電路PCB布局、布線參考

　　a) RJ45和變(bian)壓器之(zhi)間的(de)(de)距(ju)(ju)離(li)盡可(ke)能的(de)(de)短(duan)，晶(jing)振遠離(li)接口、PCB邊緣和其(qi)他的(de)(de)高頻(pin)設備、走線或磁性元件周圍，PHY層芯片和變(bian)壓器之(zhi)間的(de)(de)距(ju)(ju)離(li)盡可(ke)能短(duan)，但有時為了顧全整體布(bu)(bu)局，這一點可(ke)能比較難滿足(zu)，但他們之(zhi)間的(de)(de)距(ju)(ju)離(li)最大約10~12cm，器件布(bu)(bu)局的(de)(de)原則是(shi)通常按照信號流向放置(zhi)，切(qie)不可(ke)繞(rao)來(lai)繞(rao)去;

　　b) PHY層(ceng)芯(xin)片的電源濾波按(an)照要芯(xin)片要求設計，通常每個(ge)電源端都(dou)需放(fang)置一(yi)個(ge)退耦(ou)(ou)電容，他們可(ke)以為信號提(ti)供一(yi)個(ge)低阻抗通路(lu)(lu)(lu)，減小(xiao)電源和地平(ping)面間的諧振，為了讓電容起到(dao)去耦(ou)(ou)和旁路(lu)(lu)(lu)的作用，故(gu)要保證退耦(ou)(ou)和旁路(lu)(lu)(lu)電容由(you)電容、走線、過孔、焊(han)盤組(zu)成的環路(lu)(lu)(lu)面積盡量小(xiao)，保證引線電感(gan)盡量小(xiao);

　　c) 網口變(bian)壓器(qi)PHY層芯片側(ce)中心抽(chou)頭對地(di)的(de)濾波電容要盡(jin)量靠近(jin)變(bian)壓器(qi)管腳，保證引線最短，分布電感最小(xiao);

　　d) 網口變壓器接口側的共模(mo)電(dian)阻和高壓電(dian)容(rong)靠近(jin)中心抽頭放置，走(zou)線短而粗(≥15mil);

　　e) 變壓器(qi)的兩邊(bian)需(xu)要割地：即RJ45連接座和(he)變壓器(qi)的次級線(xian)圈(quan)用單獨(du)的隔(ge)離(li)地，隔(ge)離(li)區(qu)域100mil以上，且在這個隔(ge)離(li)區(qu)域下沒(mei)有電源和(he)地層存(cun)在。這樣做分割處理，就是為了(le)達(da)到(dao)初(chu)、次級的隔(ge)離(li)，控制源端的干擾(rao)通過(guo)參考平(ping)面耦(ou)合(he)到(dao)次級;

　　f) 指(zhi)示燈的(de)(de)電源線(xian)和(he)驅動信號線(xian)相鄰(lin)走線(xian)，盡量減小(xiao)環路面積。指(zhi)示燈和(he)差分(fen)線(xian)要(yao)進行(xing)必要(yao)的(de)(de)隔離，兩(liang)者要(yao)保(bao)證足夠的(de)(de)距(ju)離，如有空間可用GND隔開;

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

　　2. 以(yi)太網的(de)信號線是(shi)以(yi)差分(fen)對(dui)(Rx±、Tx±)的(de)形式存(cun)在，差分(fen)線具有(you)很強(qiang)共模抑制能(neng)力(li)，抗(kang)干(gan)擾能(neng)力(li)強(qiang)，但是(shi)如(ru)果布(bu)線不當，將會帶(dai)來(lai)(lai)嚴重的(de)信號完整性(xing)問題。下(xia)面我們來(lai)(lai)一(yi)一(yi)介(jie)紹差分(fen)線的(de)處理要(yao)點：

　　a) 優先繪制Rx±、Tx±差(cha)分(fen)對(dui)，盡量保持差(cha)分(fen)對(dui)平行、等長(chang)、短距，避免過孔(kong)、交叉(cha)。由于管(guan)腳分(fen)布(bu)、過孔(kong)、以(yi)及走(zou)線(xian)(xian)空間(jian)等因素存在使得差(cha)分(fen)線(xian)(xian)長(chang)易不匹(pi)配，時(shi)序(xu)會(hui)發(fa)生偏(pian)移(yi)，還會(hui)引入共模干擾(rao)，降低(di)信號質量。所以(yi)，相應的(de)要對(dui)差(cha)分(fen)對(dui)不匹(pi)配的(de)情況作(zuo)出(chu)補(bu)償(chang)，使其線(xian)(xian)長(chang)匹(pi)配，長(chang)度差(cha)通常控制在5mil以(yi)內，補(bu)償(chang)原則是哪(na)里出(chu)現長(chang)度差(cha)補(bu)償(chang)哪(na)里;

　　b) 當速度要求高時需對(dui)Rx±、Tx±差分對(dui)進(jin)行(xing)阻抗控制，通常阻抗控制在100Ω±10%;

　　c) 差分信號終端(duan)電阻(49.9Ω，有(you)的(de)PHY層(ceng)芯片可能沒有(you))必(bi)須靠(kao)近PHY層(ceng)芯片的(de)Rx±、Tx±管腳放置(zhi)，這樣能更(geng)好的(de)消除通信電纜中的(de)信號反射;

　　d) 差分(fen)線對(dui)上的(de)濾(lv)波(bo)電容必須對(dui)稱放置，否(fou)則差模可能轉成共(gong)模，帶(dai)來共(gong)模噪(zao)聲，且其走線時不能有(you)stub ，這(zhe)樣才能對(dui)高(gao)頻(pin)噪(zao)聲有(you)良好的(de)抑(yi)制能力(li)。

　　3. 變壓器集成在連接器的(de)(de)以太(tai)網電路的(de)(de)PCB布(bu)局、布(bu)線較不集成的(de)(de)相對簡單(dan)很多，下圖 3是采用(yong)一體化連接器的(de)(de)網口電路的(de)(de)PCB布(bu)局、布(bu)線參(can)考圖：

　　圖(tu) 3一體化連(lian)接器的網(wang)口PCB布局、布線參考圖(tu)

　　從(cong)上(shang)圖(tu)可以看出(chu)，圖(tu) 3和(he)圖(tu) 1的(de)不同(tong)之(zhi)處在(zai)于少了網(wang)口變壓器，其(qi)它(ta)大體相同(tong)。不同(tong)之(zhi)處主要體現在(zai)網(wang)口變壓器已集成至連(lian)接器里(li)，所以地平面無需(xu)進行分割處理，但我們依然需(xu)要將一體化(hua)連(lian)機(ji)器的(de)外殼(ke)連(lian)接到連(lian)續的(de)地平面上(shang)。

　　以(yi)太網布(bu)局布(bu)線方(fang)面(mian)的(de)要大致就這(zhe)些，好的(de)PCB布(bu)局布(bu)線不僅可以(yi)保證電路性能，還(huan)可以(yi)提高(gao)電路性能，筆者(zhe)水平有(you)限，不足之處歡迎指(zhi)正(zheng)交流。