以太網(Ethernet)執行的是IEEE 802.3 標準，傳輸數據的模式為CDMA/CD,可使用光纖、雙絞線、細纜、粗纜作為傳輸介質。

這里所說的以太網是傳統的以太網，10Mbps以太網，一共有四種標準

(1)10Base-5:粗纜網絡，區段最大長度為500m。

(2)10Base-2:細纜網絡，區段最大長度為185m。

(3)10Base-t:雙絞線網絡，最大傳輸距離100m。一般情況下，使用雙絞線的網絡傳輸距離都是100m。

(4)10Base-f:光纜網絡，最大傳輸距離為4000m。使用一對多模光纖傳輸。

百兆以太網口電路介紹

如下圖所示，MAC外設允許以獨立于媒體的方式進行連接。為了在協議中添加滿足UTP介質的以太網要求所需的所有電氣和握手控制，我們需要另一個專用芯片PHY。設計從UTP到MAC鏈的規則將以自下而上的方式從下層開始描述。

物理部分

這是以太網連接的物理部分的示意圖。讓我們描述每個器件的作用。

LAN接口可以連接兩個設備，距離可達100米。這些設備可以連接到不同的電源，地電位差為許多伏。接口還可以連接一些ESD或EMI，與集成系統中的其他線路一起運行。在造成任何形式的干擾之前，必須濾除這些干擾問題。強烈建議使用帶集成磁性的RJ45插座，因為它在中型和內部電子設備之間具有電流絕緣。此外，它的設計與UTP接口的阻抗相匹配，避免反射。

RJ45插孔有SMT或PTH封裝，如下所示。

使用Pick＆Place更容易安裝SMT連接器，它通常稍微小一些。PTH更堅固，如果必須經常插入，則可提供更高的可靠性。下面是一些用于SMT和PTH RJ45連接器的PCB示例。請注意進一步的預防措施，以避免ESD損壞敏感器件。RJ45插孔的屏蔽層連接在一個分離的平面上，此處稱為EARTH，以區別于一般GND平面，并與其絕緣，間隙至少為1mm。從信號的角度來看，兩個平面僅通過1nF / 3kV電容接觸。18pF共模平衡電容必須盡可能靠近GND平面邊緣的插座放置。ESD1014 ESD保護陣列提供更多ESD保護與信號線平行并靠近EARTH平面放置。

與電路的其余部分相反，根本不需要在平面下放置平面，以保持差分信號路徑匹配并保持最佳的共模噪聲抑制。

眾所周知，100Base-TX鏈路使用差分信號傳輸模式，以便抑制沿路徑引起的共模噪聲。路徑長度差異影響差分信號的相移，從而降低S / N比。由于它帶有高頻信號，因此UTP接口必須具有匹配源和負載的正確阻抗。

必須在線路的PCB部分上保持長度匹配和受控阻抗要求，以避免信號反射并改善EMC。Altium Designer中提供了一組工具來簡化此任務。

首先，我們必須為這種布局定義正確的規則。走線的阻抗取決于PCB(最多電介質和銅厚度)以及差分線的寬度和間距。這種線路的良好阻抗計算器是TX線路，傳輸線計算器。必須始終在差分線下方和周圍存在適合的GND平面，這導致至少是4層的PCB。一旦計算出正確的參數，就必須將其作為特定網絡類的規則輸入。

之后，使用Route - Interactive Differential Pair Routing工具，可以輕松地以正確的寬度和間距來布置差分線。

一旦布線，線路必須在十分之幾毫米內與PCB - 差分對編輯器工具長度匹配。

通過添加帶有交互式長度調整工具的圓弧等長可以補償一些可能的長度差異。

MDI - PHY

通常用于連接獨立于電路介質相關部分的介質的PHY芯片是10BASE-T / 100BASE-TX的收發器

在長達100米的長度上驅動以太網線需要一些功率。一旦PHY和磁性元件接通，它們就開始浪費數百mA的電流。為了節省能量，當不需要以太網時，可以使用由MCU的GPIO驅動的mosfet在分離的電源域中對其功率進行軟件控制。

MII / RMII - MAC

IEEE802.3標準最初為每個信號方向和許多控制線定義了4條線的MII規則。

由于具有尖銳邊緣電平的50MHz通信，因此必須仔細設計該部分電路的PCB走線。即使不需要長度匹配，它們也必須盡可能短，時鐘線可能比數據線長并且包地處理。

百兆以太網PCB設計指南

在設計使用百兆以太網模塊的PCB時, 必須考慮幾個設計問題, 以確保以太網操作符合 ieee 802.3 物理接口規范。并且保證模塊在運行中盡可能的減少EMC的干擾。

1.放置，信號和規劃布局

將10 / 100M磁場盡可能靠近以太網驅動芯片(不超過20mm)和RJ-45放置連接器。

將終端電阻500放置在盡可能靠近10 / 100M磁性和以太網驅動芯片的RX士和TX士的位置.TX士和RX士的502電阻和接地電容應放置在以太網驅動芯片附近(不超過10mm)。

25MHz晶體不應放置在重要信號走線附近，如RX士接收差分對和TX士發射差分對，有磁性器件的附近或者板的邊緣。

從以太網驅動芯片RX士到10 / 100M變壓器再到RJ45連接器的走線應對稱，盡可能相同緊密(不超過2mm)走線。同樣的規則適用于從以太網驅動芯片TX士對規劃的走線。

建議RX士接收和TX士傳輸軌跡以45°角轉彎。不要以直角轉彎。

避免使用過孔來連接RX士和TX士的走線。

RX士，TX士，時鐘，應做到50歐姆的特征阻抗。

不要將以太網驅動芯片RX士接收對放在TX士發射對上。保持接收對遠離發射對(不小于3mm)。最好在這兩對走線之間放置接地層。

網絡接口不會將以太網驅動芯片RX士和TX士對之間的任何數字信號路由到RJ-45。保持兩對遠離所有其他有源信號和機箱接地。

10 / 100M磁性網絡側下方區域和RJ-45連接器下方區域應無電源或接地層。

RJ-45連接器的任何端接引腳和磁性引腳應通過電阻分壓器網絡752電阻器盡可能靠近機殼接地(磁性不超過2mm)和0.01uF / 2KV旁路電容。

電阻應盡可能靠近引腳47和48(BGRES，BGRESG)(不超過3mm)。避免在電阻放置附近運行任何高速信號(不小于距離25MHz XT1和XT2 3mm)。

2.電源去耦電容器

將所有電源引腳的所有去耦電容盡可能靠近以太網驅動芯片的電源焊盤放置(距離上述引腳不超過2.5mm)。推薦的去耦電容為0.1uF或0.01uF。

PCB布局和電源去耦應提供足夠的去耦，以便在器件測量時實現以下功能：

(1)Al DVDD和AVDD之間的距離應在50m Vpp以內，

(2)所有DGND和AGND應在50mVpp之間。

(3)在每個DVDD / DGND設置和AVDD / AGND設置上測得的交流噪聲電壓應小于100m Vpp。

0.1-0.1uF去耦電容應連接在每個DVDD / DGND組和AVDD / AGND組之間，并盡可能靠近DM9161B的引腳放置。保守的方法是在每個DVDD / DGND集和AVDD / AGND集上使用兩個去耦電容。一個0.1uF用于低頻噪聲，另一個0.01uF用于電源上的高頻噪聲。

與磁性發送中心抽頭的AVDD連接必須很好地去耦，以最大限度地減少從電源到雙絞線電纜的共模噪聲注入。建議一個應在中心抽頭AVDD至AGND地平面之間放置0.01uF去耦電容。該去耦電容應盡可能靠近磁性中心抽頭放置.10 uF或47 uF電容應連接在每個AVDD和AGND之間。

3.地平面布局

放置單個接地平面方法以最小化EMI。地平面分割會導致EMl迅速增加，從而導致網絡接口卡(NIC)不符合FCC第15部分和CE規定。

地平面需要單獨的模擬地域和數字地域，模擬地域和數字地域連接線遠離網口驅動芯片的AGND引腳。

AlI AGND引腳(引腳5,6,46)不能直接相互短路。它必須直接連接到模擬地域。

模擬地域面積盡可能大。

4.電源平面分割

注意模塊之間電源屬性的分割。

應將模擬電源層與復雜的邏輯電源層分開。

RMII信號描述

來源：智博PCB

總結

以上是生活随笔為你收集整理的以太网口差分电平_百兆以太网接口高速PCB布局布线指南的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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