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上世紀(ji)70年代以(yi)太網誕生了，發展至(zhi)如今我(wo)們(men)對它(ta)并不(bu)陌生，浮現在(zai)現代化生活(huo)的每一(yi)個角落(luo)，或許正(zheng)因它(ta)的無所(suo)不(bu)在(zai)讓其帶著神秘的色彩，今天我(wo)們(men)將(jiang)從其中一(yi)個角度揭開其神秘的面紗。

　　我們現今使用的網絡接口均為，目(mu)前大部(bu)分(fen)(fen)處理(li)器都(dou)支持以(yi)太(tai)(tai)(tai)網口(kou)。目(mu)前以(yi)太(tai)(tai)(tai)網按照速率主(zhu)要(yao)包括10M、10/100M、1000M三種接(jie)(jie)(jie)口(kou)，10M應(ying)用已經很少，基(ji)本為10/100M所(suo)代(dai)替。目(mu)前我司產品的(de)(de)(de)以(yi)太(tai)(tai)(tai)網接(jie)(jie)(jie)口(kou)類(lei)型(xing)主(zhu)要(yao)采用雙絞線的(de)(de)(de)RJ45接(jie)(jie)(jie)口(kou)，且基(ji)本應(ying)用于工控領域，因工控領域的(de)(de)(de)特殊(shu)性，所(suo)以(yi)我們對以(yi)太(tai)(tai)(tai)網的(de)(de)(de)器件選型(xing)以(yi)及PCB設計相當考究。從硬件的(de)(de)(de)角(jiao)度看，以(yi)太(tai)(tai)(tai)網接(jie)(jie)(jie)口(kou)電(dian)路主(zhu)要(yao)由MAC(Media Access Controlleroler)控制和物理(li)層接(jie)(jie)(jie)口(kou)(Physical Layer，PHY)兩大部(bu)分(fen)(fen)構成。大部(bu)分(fen)(fen)處理(li)器內(nei)部(bu)包含了(le)以(yi)太(tai)(tai)(tai)網MAC控制，但并不提供物理(li)層接(jie)(jie)(jie)口(kou)，故需(xu)外接(jie)(jie)(jie)一片物理(li)芯片以(yi)提供以(yi)太(tai)(tai)(tai)網的(de)(de)(de)接(jie)(jie)(jie)入通道。面對如(ru)此復(fu)雜的(de)(de)(de)接(jie)(jie)(jie)口(kou)電(dian)路，相信各位硬件工程師們都(dou)想知道該硬件電(dian)路如(ru)何在PCB上實(shi)現。

　　下(xia)圖 1以太網(wang)的(de)典型應用(yong)。我們(men)(men)的(de)PCB設計基本是按照這(zhe)個(ge)框圖來布局(ju)布線，下(xia)面我們(men)(men)就(jiu)以這(zhe)個(ge)框圖詳解以太網(wang)有關的(de)布局(ju)布線要(yao)點。

　　圖 1 以太網典型應用

　　1. 圖(tu) 2網口變壓(ya)器(qi)沒有集成在(zai)網口連接器(qi)里的(de)參(can)考(kao)電路PCB布(bu)局、布(bu)線(xian)圖(tu)，下面就以(yi)圖(tu) 2介紹以(yi)太網電路的(de)布(bu)局、布(bu)線(xian)需注意(yi)的(de)要點(dian)。

　　圖 2變壓器沒有集成在(zai)網口連(lian)接(jie)器的電路PCB布(bu)局、布(bu)線(xian)參(can)考

　　a) RJ45和變壓(ya)(ya)器之(zhi)(zhi)間的(de)距離(li)(li)盡可(ke)(ke)能(neng)的(de)短，晶振遠離(li)(li)接(jie)口、PCB邊緣(yuan)和其他(ta)的(de)高頻設備、走線或磁性元件周圍，PHY層芯片和變壓(ya)(ya)器之(zhi)(zhi)間的(de)距離(li)(li)盡可(ke)(ke)能(neng)短，但有時為了顧全(quan)整體布局，這(zhe)一點(dian)可(ke)(ke)能(neng)比較難(nan)滿足，但他(ta)們之(zhi)(zhi)間的(de)距離(li)(li)最(zui)大約10~12cm，器件布局的(de)原則(ze)是(shi)通常按照信(xin)號流向放置，切(qie)不(bu)可(ke)(ke)繞(rao)來繞(rao)去;

　　b) PHY層芯(xin)片(pian)的(de)電(dian)(dian)(dian)源濾波按照要(yao)(yao)芯(xin)片(pian)要(yao)(yao)求設計(ji)，通(tong)常每(mei)個(ge)電(dian)(dian)(dian)源端都需放置(zhi)一個(ge)退耦電(dian)(dian)(dian)容，他們可以為(wei)信(xin)號(hao)提供一個(ge)低阻(zu)抗通(tong)路，減小電(dian)(dian)(dian)源和地(di)平(ping)面(mian)間的(de)諧(xie)振，為(wei)了讓電(dian)(dian)(dian)容起到去耦和旁路的(de)作用，故(gu)要(yao)(yao)保(bao)證退耦和旁路電(dian)(dian)(dian)容由(you)電(dian)(dian)(dian)容、走線(xian)、過孔、焊盤組成的(de)環(huan)路面(mian)積盡量小，保(bao)證引線(xian)電(dian)(dian)(dian)感盡量小;

　　c) 網口變壓(ya)器PHY層芯片側中心抽頭對(dui)地的濾波電容要盡(jin)量靠近變壓(ya)器管腳，保證引線最短，分布電感最小;

　　d) 網口(kou)變壓器接口(kou)側(ce)的共模電(dian)(dian)阻和高壓電(dian)(dian)容(rong)靠近中(zhong)心抽頭放(fang)置，走線(xian)短而粗(≥15mil);

　　e) 變壓(ya)器的(de)(de)兩邊(bian)需(xu)要割地(di)：即RJ45連接座(zuo)和變壓(ya)器的(de)(de)次(ci)(ci)級線圈(quan)用單獨(du)的(de)(de)隔(ge)離(li)(li)地(di)，隔(ge)離(li)(li)區(qu)域100mil以上，且在這個隔(ge)離(li)(li)區(qu)域下沒有電源和地(di)層存(cun)在。這樣做分割處理，就是為了達到(dao)初、次(ci)(ci)級的(de)(de)隔(ge)離(li)(li)，控制源端的(de)(de)干擾通(tong)過參(can)考(kao)平面耦合到(dao)次(ci)(ci)級;

　　f) 指示燈(deng)的(de)電源線(xian)和(he)驅動信(xin)號線(xian)相鄰走線(xian)，盡量減小(xiao)環路面積。指示燈(deng)和(he)差(cha)分線(xian)要進行必要的(de)隔(ge)離，兩者要保證(zheng)足夠的(de)距離，如有空間(jian)可用GND隔(ge)開;

　　g) 用于連接GND和PGND的電(dian)阻及電(dian)容(rong)需放(fang)置地(di)分割(ge)區域(yu)。

　　2. 以太網的(de)信(xin)號(hao)(hao)線是以差(cha)分對(Rx±、Tx±)的(de)形式存在，差(cha)分線具有很強共模抑(yi)制能(neng)力，抗干(gan)擾(rao)能(neng)力強，但(dan)是如果布(bu)線不當，將會帶來嚴重的(de)信(xin)號(hao)(hao)完(wan)整(zheng)性問題。下(xia)面我(wo)們來一一介紹差(cha)分線的(de)處理要(yao)點(dian)：

　　a) 優先繪制(zhi)Rx±、Tx±差(cha)(cha)分(fen)對(dui)(dui)，盡量(liang)保持差(cha)(cha)分(fen)對(dui)(dui)平行、等長(chang)、短距，避免過(guo)孔、交(jiao)叉。由于管腳分(fen)布、過(guo)孔、以(yi)及走(zou)線空間等因素存(cun)在(zai)使得差(cha)(cha)分(fen)線長(chang)易不(bu)匹(pi)配，時序會(hui)(hui)發生(sheng)偏(pian)移(yi)，還會(hui)(hui)引入(ru)共模(mo)干擾(rao)，降低信(xin)號(hao)質(zhi)量(liang)。所以(yi)，相(xiang)應的(de)要對(dui)(dui)差(cha)(cha)分(fen)對(dui)(dui)不(bu)匹(pi)配的(de)情況作出補(bu)(bu)償，使其線長(chang)匹(pi)配，長(chang)度差(cha)(cha)通常控(kong)制(zhi)在(zai)5mil以(yi)內，補(bu)(bu)償原(yuan)則是哪里出現長(chang)度差(cha)(cha)補(bu)(bu)償哪里;

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

　　c) 差分信(xin)號終端電(dian)阻(49.9Ω，有的PHY層芯(xin)(xin)片可能沒(mei)有)必須(xu)靠近PHY層芯(xin)(xin)片的Rx±、Tx±管腳放(fang)置，這樣能更好的消除通(tong)信(xin)電(dian)纜中(zhong)的信(xin)號反射;

　　d) 差(cha)分(fen)線(xian)對(dui)(dui)上的濾波電容必(bi)須對(dui)(dui)稱放置，否(fou)則差(cha)模可(ke)能(neng)(neng)轉(zhuan)成共(gong)模，帶(dai)來共(gong)模噪聲，且(qie)其走線(xian)時不能(neng)(neng)有stub ，這樣才能(neng)(neng)對(dui)(dui)高頻噪聲有良好的抑制能(neng)(neng)力。

　　3. 變壓器(qi)集(ji)成(cheng)在連(lian)接器(qi)的(de)以太網電(dian)路的(de)PCB布(bu)(bu)局、布(bu)(bu)線(xian)較不集(ji)成(cheng)的(de)相對簡單(dan)很多，下圖 3是采用(yong)一(yi)體(ti)化(hua)連(lian)接器(qi)的(de)網口電(dian)路的(de)PCB布(bu)(bu)局、布(bu)(bu)線(xian)參(can)考(kao)圖：

　　圖(tu) 3一體(ti)化(hua)連接器的網口PCB布局、布線(xian)參考圖(tu)

　　從上圖可以看出，圖 3和圖 1的不同(tong)之(zhi)處在于少(shao)了網(wang)口變壓器(qi)(qi)，其它大體相同(tong)。不同(tong)之(zhi)處主要體現在網(wang)口變壓器(qi)(qi)已集成至(zhi)連(lian)接(jie)器(qi)(qi)里(li)，所以地(di)平面無需進行分割處理，但我們依然(ran)需要將一(yi)體化(hua)連(lian)機器(qi)(qi)的外殼(ke)連(lian)接(jie)到連(lian)續的地(di)平面上。

　　以(yi)太網布(bu)(bu)局(ju)布(bu)(bu)線方面(mian)的要大致就這些，好的PCB布(bu)(bu)局(ju)布(bu)(bu)線不(bu)僅可(ke)以(yi)保(bao)證電(dian)路(lu)性能，還可(ke)以(yi)提高電(dian)路(lu)性能，筆者水平(ping)有限(xian)，不(bu)足之處歡迎指(zhi)正(zheng)交流。