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上世紀70年(nian)代以(yi)太網誕生(sheng)了，發(fa)展至如今我們對它并不陌生(sheng)，浮現在(zai)現代化生(sheng)活的(de)每一個角(jiao)(jiao)落(luo)，或許(xu)正因它的(de)無所不在(zai)讓(rang)其帶著神秘(mi)的(de)色(se)彩，今天我們將(jiang)從其中一個角(jiao)(jiao)度(du)揭開其神秘(mi)的(de)面紗。

　　我們現今使用的網絡接口均為，目前大部分(fen)處(chu)理器都支持以(yi)(yi)(yi)太(tai)網(wang)口(kou)(kou)。目前以(yi)(yi)(yi)太(tai)網(wang)按照速率主(zhu)(zhu)要包括10M、10/100M、1000M三(san)種接(jie)(jie)(jie)口(kou)(kou)，10M應用已經很少，基(ji)本為10/100M所(suo)代替(ti)。目前我(wo)司產品(pin)的(de)(de)(de)(de)以(yi)(yi)(yi)太(tai)網(wang)接(jie)(jie)(jie)口(kou)(kou)類(lei)型(xing)主(zhu)(zhu)要采用雙絞線(xian)的(de)(de)(de)(de)RJ45接(jie)(jie)(jie)口(kou)(kou)，且(qie)基(ji)本應用于工控領域(yu)，因(yin)工控領域(yu)的(de)(de)(de)(de)特殊性，所(suo)以(yi)(yi)(yi)我(wo)們(men)對(dui)以(yi)(yi)(yi)太(tai)網(wang)的(de)(de)(de)(de)器件(jian)選(xuan)型(xing)以(yi)(yi)(yi)及PCB設計相(xiang)當考(kao)究。從硬件(jian)的(de)(de)(de)(de)角度看，以(yi)(yi)(yi)太(tai)網(wang)接(jie)(jie)(jie)口(kou)(kou)電(dian)路主(zhu)(zhu)要由MAC(Media Access Controlleroler)控制(zhi)(zhi)和物理層(ceng)接(jie)(jie)(jie)口(kou)(kou)(Physical Layer，PHY)兩(liang)大部分(fen)構成。大部分(fen)處(chu)理器內部包含(han)了(le)以(yi)(yi)(yi)太(tai)網(wang)MAC控制(zhi)(zhi)，但并不提供物理層(ceng)接(jie)(jie)(jie)口(kou)(kou)，故需外接(jie)(jie)(jie)一片物理芯片以(yi)(yi)(yi)提供以(yi)(yi)(yi)太(tai)網(wang)的(de)(de)(de)(de)接(jie)(jie)(jie)入通道。面對(dui)如此復雜(za)的(de)(de)(de)(de)接(jie)(jie)(jie)口(kou)(kou)電(dian)路，相(xiang)信各位硬件(jian)工程師(shi)們(men)都想知道該(gai)硬件(jian)電(dian)路如何在(zai)PCB上(shang)實現(xian)。

　　下(xia)圖 1以(yi)(yi)太(tai)網的(de)(de)典型應用。我(wo)們的(de)(de)PCB設計基本(ben)是按(an)照(zhao)這個框圖來布(bu)局布(bu)線，下(xia)面我(wo)們就以(yi)(yi)這個框圖詳解以(yi)(yi)太(tai)網有關的(de)(de)布(bu)局布(bu)線要點(dian)。

　　圖 1 以(yi)太網典(dian)型應用

　　1. 圖 2網(wang)口(kou)變壓器沒有集成在網(wang)口(kou)連接器里的參考電路(lu)PCB布(bu)局(ju)、布(bu)線(xian)圖，下面就以圖 2介紹(shao)以太網(wang)電路(lu)的布(bu)局(ju)、布(bu)線(xian)需(xu)注(zhu)意的要點。

　　圖 2變(bian)壓(ya)器沒有集成在網口(kou)連接器的電路PCB布(bu)局、布(bu)線參考

　　a) RJ45和變壓器(qi)之間(jian)的(de)距離(li)盡可(ke)(ke)能(neng)的(de)短，晶振(zhen)遠離(li)接口、PCB邊(bian)緣和其他的(de)高頻設備(bei)、走線或磁性元件周圍(wei)，PHY層(ceng)芯片和變壓器(qi)之間(jian)的(de)距離(li)盡可(ke)(ke)能(neng)短，但有時為了顧全整(zheng)體布(bu)局(ju)(ju)，這一點可(ke)(ke)能(neng)比(bi)較(jiao)難滿足，但他們之間(jian)的(de)距離(li)最大約10~12cm，器(qi)件布(bu)局(ju)(ju)的(de)原則是通常按照信號流向放置，切不可(ke)(ke)繞(rao)來繞(rao)去;

　　b) PHY層芯片的(de)(de)電(dian)(dian)源濾(lv)波按照(zhao)要芯片要求設計(ji)，通(tong)常每個(ge)電(dian)(dian)源端都需(xu)放置一(yi)個(ge)退(tui)耦電(dian)(dian)容(rong)，他們可(ke)以為信號提供一(yi)個(ge)低阻抗(kang)通(tong)路，減(jian)小電(dian)(dian)源和地平(ping)面(mian)間的(de)(de)諧振，為了讓電(dian)(dian)容(rong)起到去(qu)耦和旁路的(de)(de)作用，故(gu)要保證退(tui)耦和旁路電(dian)(dian)容(rong)由電(dian)(dian)容(rong)、走線(xian)、過孔、焊盤(pan)組成的(de)(de)環路面(mian)積(ji)盡量小，保證引線(xian)電(dian)(dian)感盡量小;

　　c) 網口變壓(ya)器(qi)PHY層芯片側中心抽頭(tou)對(dui)地(di)的濾波電(dian)容要盡量靠(kao)近變壓(ya)器(qi)管腳，保證引線最短，分布電(dian)感最小;

　　d) 網口變壓器(qi)接口側的共模電阻和高壓電容靠近中(zhong)心抽(chou)頭放(fang)置，走線短(duan)而粗(≥15mil);

　　e) 變(bian)壓器(qi)的兩邊需要割地(di)：即(ji)RJ45連接座和(he)(he)變(bian)壓器(qi)的次(ci)級線圈用單獨的隔離地(di)，隔離區域(yu)100mil以上，且在(zai)這個隔離區域(yu)下(xia)沒有電源和(he)(he)地(di)層存在(zai)。這樣做分(fen)割處理，就是為了達到初、次(ci)級的隔離，控(kong)制源端(duan)的干擾通(tong)過參考平面耦合到次(ci)級;

　　f) 指示燈的(de)(de)電源線和驅動(dong)信號線相鄰走線，盡量(liang)減小環路面積。指示燈和差分線要進行(xing)必要的(de)(de)隔離，兩者(zhe)要保證足夠的(de)(de)距離，如有空(kong)間可(ke)用GND隔開;

　　g) 用于連接GND和PGND的電阻及(ji)電容需放置地(di)分割區域(yu)。

　　2. 以太網的信(xin)號線是(shi)以差分對(Rx±、Tx±)的形式存(cun)在，差分線具有(you)很強共模抑制能(neng)力，抗干(gan)擾能(neng)力強，但是(shi)如果布線不當，將會帶來嚴重的信(xin)號完整性問題。下(xia)面我(wo)們(men)來一一介紹(shao)差分線的處理要點：

　　a) 優(you)先繪制Rx±、Tx±差(cha)分(fen)對(dui)，盡量(liang)保持差(cha)分(fen)對(dui)平行、等長(chang)、短距，避免過孔、交叉。由于管腳分(fen)布、過孔、以及走線空間等因素存在使(shi)得(de)差(cha)分(fen)線長(chang)易不匹配，時序(xu)會發生偏移，還會引入(ru)共模干擾，降低信號質量(liang)。所以，相應的要對(dui)差(cha)分(fen)對(dui)不匹配的情況(kuang)作出(chu)補償，使(shi)其線長(chang)匹配，長(chang)度差(cha)通常控制在5mil以內，補償原則(ze)是哪里出(chu)現長(chang)度差(cha)補償哪里;

　　b) 當速(su)度要(yao)求高時需(xu)對(dui)(dui)Rx±、Tx±差(cha)分對(dui)(dui)進行阻(zu)抗(kang)控制(zhi)，通常阻(zu)抗(kang)控制(zhi)在100Ω±10%;

　　c) 差分信(xin)號(hao)終端電(dian)阻(zu)(49.9Ω，有的(de)PHY層(ceng)芯片可能沒(mei)有)必(bi)須靠(kao)近PHY層(ceng)芯片的(de)Rx±、Tx±管(guan)腳(jiao)放置，這樣能更好的(de)消除通(tong)信(xin)電(dian)纜中(zhong)的(de)信(xin)號(hao)反射(she);

　　d) 差分線(xian)對(dui)上的(de)濾(lv)波電容必須對(dui)稱放置，否(fou)則(ze)差模(mo)(mo)(mo)可能(neng)轉(zhuan)成共模(mo)(mo)(mo)，帶來共模(mo)(mo)(mo)噪聲，且其走線(xian)時不(bu)能(neng)有stub ，這樣才能(neng)對(dui)高頻噪聲有良好(hao)的(de)抑(yi)制能(neng)力。

　　3. 變壓器集(ji)成在(zai)連接器的(de)以太網電路(lu)的(de)PCB布(bu)(bu)局、布(bu)(bu)線較不集(ji)成的(de)相對簡單很多(duo)，下圖 3是采(cai)用一(yi)體化連接器的(de)網口電路(lu)的(de)PCB布(bu)(bu)局、布(bu)(bu)線參考圖：

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

　　從上圖可(ke)以看出(chu)，圖 3和圖 1的不同之處(chu)在于(yu)少了網口(kou)變壓器(qi)(qi)，其它大體相同。不同之處(chu)主要(yao)體現在網口(kou)變壓器(qi)(qi)已集成至連(lian)接器(qi)(qi)里(li)，所以地(di)平(ping)(ping)面無需(xu)進行分割(ge)處(chu)理，但我(wo)們依(yi)然(ran)需(xu)要(yao)將(jiang)一體化連(lian)機(ji)器(qi)(qi)的外殼連(lian)接到連(lian)續的地(di)平(ping)(ping)面上。

　　以太網布局布線(xian)方面的要大致就這些，好的PCB布局布線(xian)不僅(jin)可以保證電路性能，還可以提高電路性能，筆者(zhe)水平有限，不足(zu)之處歡迎指(zhi)正交流(liu)。