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上世(shi)紀70年代以太(tai)網誕生了(le)，發展至如今我們對它并不陌(mo)生，浮現(xian)在現(xian)代化生活(huo)的(de)每(mei)一(yi)個角落(luo)，或許正因它的(de)無所不在讓其帶著(zhu)神秘的(de)色彩(cai)，今天我們將從其中一(yi)個角度揭開其神秘的(de)面紗。

　　我們現今使用的網絡接口均為，目(mu)前(qian)(qian)大(da)部分處理(li)(li)器(qi)都支持(chi)以(yi)太(tai)(tai)網(wang)口(kou)。目(mu)前(qian)(qian)以(yi)太(tai)(tai)網(wang)按照速率主要(yao)包(bao)括10M、10/100M、1000M三(san)種接(jie)(jie)(jie)口(kou)，10M應(ying)(ying)用(yong)已(yi)經很少(shao)，基本(ben)為10/100M所代替。目(mu)前(qian)(qian)我(wo)司產品的(de)以(yi)太(tai)(tai)網(wang)接(jie)(jie)(jie)口(kou)類(lei)型主要(yao)采用(yong)雙絞(jiao)線(xian)的(de)RJ45接(jie)(jie)(jie)口(kou)，且基本(ben)應(ying)(ying)用(yong)于工控(kong)(kong)領(ling)(ling)域(yu)，因工控(kong)(kong)領(ling)(ling)域(yu)的(de)特(te)殊性，所以(yi)我(wo)們對以(yi)太(tai)(tai)網(wang)的(de)器(qi)件(jian)選型以(yi)及PCB設計相當考(kao)究(jiu)。從(cong)硬件(jian)的(de)角度看，以(yi)太(tai)(tai)網(wang)接(jie)(jie)(jie)口(kou)電(dian)路主要(yao)由MAC(Media Access Controlleroler)控(kong)(kong)制和物理(li)(li)層接(jie)(jie)(jie)口(kou)(Physical Layer，PHY)兩大(da)部分構成。大(da)部分處理(li)(li)器(qi)內部包(bao)含了(le)以(yi)太(tai)(tai)網(wang)MAC控(kong)(kong)制，但(dan)并不提供物理(li)(li)層接(jie)(jie)(jie)口(kou)，故需外接(jie)(jie)(jie)一片物理(li)(li)芯片以(yi)提供以(yi)太(tai)(tai)網(wang)的(de)接(jie)(jie)(jie)入通道。面對如此復雜的(de)接(jie)(jie)(jie)口(kou)電(dian)路，相信(xin)各(ge)位(wei)硬件(jian)工程師們都想知道該硬件(jian)電(dian)路如何在PCB上實現。

　　下圖 1以太(tai)網(wang)的典型應用。我們的PCB設(she)計基本是按照這(zhe)個(ge)框(kuang)圖來(lai)布(bu)(bu)局(ju)布(bu)(bu)線，下面(mian)我們就以這(zhe)個(ge)框(kuang)圖詳解以太(tai)網(wang)有關(guan)的布(bu)(bu)局(ju)布(bu)(bu)線要點。

　　圖 1 以太網典型應用

　　1. 圖 2網(wang)口變壓器沒有集成在網(wang)口連接器里的(de)參(can)考電路PCB布(bu)局(ju)、布(bu)線圖，下面就(jiu)以圖 2介紹以太網(wang)電路的(de)布(bu)局(ju)、布(bu)線需注(zhu)意的(de)要(yao)點。

　　圖 2變(bian)壓器沒有集成在網口連(lian)接器的電路PCB布(bu)局、布(bu)線參(can)考(kao)

　　a) RJ45和(he)變壓(ya)器之(zhi)間(jian)的(de)距離盡可(ke)能的(de)短，晶振遠(yuan)離接(jie)口、PCB邊緣和(he)其(qi)他的(de)高頻設備、走(zou)線或磁(ci)性元件周(zhou)圍，PHY層芯片和(he)變壓(ya)器之(zhi)間(jian)的(de)距離盡可(ke)能短，但(dan)有時為(wei)了顧全(quan)整(zheng)體布局，這一點可(ke)能比較(jiao)難滿足，但(dan)他們之(zhi)間(jian)的(de)距離最大約10~12cm，器件布局的(de)原則是通常按照信號流向放(fang)置(zhi)，切不(bu)可(ke)繞(rao)來(lai)繞(rao)去;

　　b) PHY層芯(xin)片的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)源濾波按(an)照要(yao)芯(xin)片要(yao)求設計，通常每個電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)源端都(dou)需放置一(yi)個退(tui)耦電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容，他們可以為信號(hao)提(ti)供一(yi)個低阻抗通路，減小(xiao)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)源和地平(ping)面(mian)間的(de)(de)諧振，為了(le)讓電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容起(qi)到去耦和旁路的(de)(de)作用，故(gu)要(yao)保證退(tui)耦和旁路電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容由電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容、走線(xian)、過孔(kong)、焊盤組(zu)成的(de)(de)環路面(mian)積(ji)盡量小(xiao)，保證引線(xian)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)感盡量小(xiao);

　　c) 網口變壓(ya)器PHY層芯片側中心抽頭對地的濾波電容(rong)要(yao)盡量靠近變壓(ya)器管(guan)腳，保證引(yin)線最(zui)短，分布電感最(zui)小(xiao);

　　d) 網(wang)口(kou)變壓器接(jie)口(kou)側的共(gong)模電阻和高壓電容靠近(jin)中心抽頭放置(zhi)，走線短而粗(≥15mil);

　　e) 變壓(ya)器(qi)的(de)(de)兩(liang)邊需(xu)要割(ge)(ge)地：即RJ45連接座和變壓(ya)器(qi)的(de)(de)次級(ji)(ji)線圈用單獨的(de)(de)隔(ge)離地，隔(ge)離區域100mil以(yi)上(shang)，且在(zai)這個隔(ge)離區域下沒(mei)有電源(yuan)和地層存在(zai)。這樣做分割(ge)(ge)處理，就是為了達(da)到初、次級(ji)(ji)的(de)(de)隔(ge)離，控制(zhi)源(yuan)端的(de)(de)干擾通過參考平(ping)面耦合到次級(ji)(ji);

　　f) 指(zhi)(zhi)示燈的(de)電(dian)源線和驅動信號線相鄰走線，盡(jin)量減小(xiao)環路面積。指(zhi)(zhi)示燈和差分線要(yao)(yao)進行(xing)必要(yao)(yao)的(de)隔(ge)離(li)，兩者要(yao)(yao)保(bao)證足(zu)夠的(de)距離(li)，如有空間(jian)可(ke)用GND隔(ge)開;

　　g) 用于連接GND和PGND的(de)電阻(zu)及電容需放置地分割區域。

　　2. 以(yi)太(tai)網的信(xin)號線(xian)是以(yi)差分對(Rx±、Tx±)的形式存在，差分線(xian)具(ju)有很強(qiang)共模(mo)抑制能(neng)力(li)，抗干擾能(neng)力(li)強(qiang)，但是如果布線(xian)不當，將(jiang)會帶來嚴重的信(xin)號完(wan)整性(xing)問題。下面我們來一(yi)一(yi)介紹差分線(xian)的處理要點(dian)：

　　a) 優先繪制Rx±、Tx±差分(fen)對，盡(jin)量保(bao)持差分(fen)對平(ping)行、等長(chang)、短距，避免過(guo)孔(kong)、交叉。由于管腳分(fen)布、過(guo)孔(kong)、以(yi)及(ji)走線空(kong)間等因素存在使(shi)得差分(fen)線長(chang)易不匹配，時(shi)序會(hui)(hui)發(fa)生偏移(yi)，還(huan)會(hui)(hui)引(yin)入共模干擾，降低信號質量。所(suo)以(yi)，相應的(de)要對差分(fen)對不匹配的(de)情況(kuang)作出補償，使(shi)其線長(chang)匹配，長(chang)度差通(tong)常控制在5mil以(yi)內(nei)，補償原則是哪里(li)出現長(chang)度差補償哪里(li);

　　b) 當(dang)速(su)度要求高(gao)時需對Rx±、Tx±差分對進行阻(zu)(zu)抗控(kong)制(zhi)(zhi)，通常阻(zu)(zu)抗控(kong)制(zhi)(zhi)在100Ω±10%;

　　c) 差分信(xin)(xin)號終端(duan)電阻(49.9Ω，有的PHY層芯(xin)片可能沒(mei)有)必(bi)須靠近PHY層芯(xin)片的Rx±、Tx±管(guan)腳放置，這樣能更好(hao)的消除通信(xin)(xin)電纜(lan)中的信(xin)(xin)號反射;

　　d) 差(cha)分線對上的濾波(bo)電(dian)容必須對稱放置，否則差(cha)模可能(neng)轉成共模，帶來(lai)共模噪聲(sheng)，且(qie)其走線時不能(neng)有stub ，這(zhe)樣(yang)才能(neng)對高(gao)頻噪聲(sheng)有良好的抑(yi)制(zhi)能(neng)力。

　　3. 變壓器集成在連(lian)接(jie)器的(de)(de)以太網電(dian)路的(de)(de)PCB布(bu)局、布(bu)線較不集成的(de)(de)相對(dui)簡單很多(duo)，下圖 3是采(cai)用一體化連(lian)接(jie)器的(de)(de)網口電(dian)路的(de)(de)PCB布(bu)局、布(bu)線參考圖：

　　圖 3一體化連接器的網(wang)口PCB布(bu)局、布(bu)線(xian)參(can)考圖

　　從上(shang)圖可以看出，圖 3和圖 1的(de)不(bu)同之(zhi)處在(zai)于少了網口變壓(ya)器(qi)，其(qi)它大體(ti)(ti)(ti)相同。不(bu)同之(zhi)處主要(yao)體(ti)(ti)(ti)現在(zai)網口變壓(ya)器(qi)已集(ji)成至連接(jie)器(qi)里，所以地平面無需進行分割處理，但我們依然需要(yao)將(jiang)一體(ti)(ti)(ti)化連機器(qi)的(de)外殼連接(jie)到連續的(de)地平面上(shang)。

　　以太網(wang)布(bu)(bu)局布(bu)(bu)線(xian)方面的要(yao)大致就(jiu)這些，好的PCB布(bu)(bu)局布(bu)(bu)線(xian)不僅(jin)可以保證電(dian)路性能(neng)，還可以提高電(dian)路性能(neng)，筆(bi)者水平(ping)有限，不足之(zhi)處歡(huan)迎(ying)指正(zheng)交流。