
诞生于1970年代以太网,至今为止我们都不太清楚那个,浮现在现代化生活的各个角落。
当前使用的网络接口是以太网接口,现在大部分处理器支持以太网端口。现在以太网根据速度主要包括10M、10/100M、1000M三种接口,10M应用已经很少,基本上被10/100M取代。目前,产品以太网接口类型主要采用双绞线RJ45接口,基本应用于工作控制领域。由于工作控制领域的特殊性,我们对以太网设备的选择和PCB设计相当讲究。从硬件的角度来看,以太网接口电路主要由MAC(MediaAccess Controller)控制和物理层接口PHYsicalLayer、PHY两大部分构成。虽然大部分处理器内部包括以太网MAC控制,但是物理层接口未提供,因此以太网需要将物理芯片连接到外部以提供接入信道。面对如此复杂的接口电路,各位硬件工程师想知道这个硬件电路在PCB上是如何实现的。
图1以太网是表示接口电路的一般应用例的图。我们的PCB设计基本上按照该框图布局配线,接着,在该框图中详细说明以太网与接口电路有关的布局配线的要点。
图1以太网接口电路的典型应用
1、图2的栅极变压器没有集成在栅极连接器中的参照电路PCB设计的布局、布线图,以下,对图2以太网的电路的布局、布线应注意的点进行说明。
a)RJ45和变压器之间的距离尽可能短,晶体振动远离接口、PCB边缘和其他高频装置、行驶线或磁性元件的周围,PHY层芯片和变压器之间的距离尽可能短,但对于顾全整体的布局有时难以满足他们之间的距离最大约为10~12cm,设备布局的原则是通常根据信号流来布置,并且不可迂回。
b)PHY层芯片的电源滤波是根据芯片的请求而设计的,并且通常必须在每个电源端设置解块容量。他们可以为信号提供低阻抗通路,减少电源与地面之间的谐振,并且将电容解扩和旁路的作用尽可能小,其中环面积由电容、走线、过孔和焊盘组成必须保证导引尽可能小。
c)栅极变压器PHY层芯片侧中心抽头对地的滤波器容量尽量接近转旋,保证引线最短、分布电感最小。
d)网状传输接口侧的共模电阻和高压容量配置在中心抽头附近,行驶线短而粗(ge;15mil);
e)变压器的两侧是RJ45连接座和变压器的二次线圈用的个别隔离地,是隔离区域100mil以上,在该隔离区域不存在电源和地层。这种分割处理通过参考平面将控制源端的干扰二次耦合,以实现一次和二次分离。
f)斜坡的电源线和驱动信号线相邻地走线,尽量减小环路面积。LED和差分线根据需要分开,两者必须保证足够的距离。
g)连接GND和PGND的电阻和容量需要配置并分割区域。
2、以太网的信号线是差分对Rxplusmn、Txplusmn;)的形式中,差分线具有强的共模抑制能力,干扰防止能力强,但如果布线不当,则会引起严重的信号匹配性问题。接下来,介绍差分线的处理要点。
a)优先绘制RxplusmnTxplusmn;差分对尽量保持差分对平行、等长、短距离,避免孔和交叉。由于针脚分布、大修及线路空间等因素差分线路长度容易不匹配,引入了错位、错位以及共模干扰,信号质量降低。因此,相应地补偿差分对不一致的情况,使其线长一致,长度差通常控制在5mil以内,补偿原则是在哪里出现长度差来补偿哪里。
b)速度要求高时Rxplusmn,Txplusmn;差分对进行阻抗控制,通常阻抗控制为100Omega。plusmn;10%;
c)差分信号必须接近终端电阻(49.9Omega;可能没有PHY层芯片)层芯片Rxplusmn;Txplusmn;通过配置引脚,可以更好地消除通信电缆的信号反射。
d)差分必须对称配置线对上的滤波器容量。否则,差分模式转换为共模,造成共模噪声,在其走线时不能具有stub,能够良好地抑制高频噪声。
3、变压器集成在连接器上以太网电路的PCB设计配置、配线比较不集成比较简单,下图3是采用一体化连接器的网络端口电路的PCB设计配置、配线参考图:
图3一体化连接器的网络端口PCB设计布局、接线参考图
从上图可知,图3和图1的区别在于网格变压器少,其他几乎相同。不同之处主要是网状变压器集成在连接器上,地面不需要分割处理,但需要将一体化联机的外壳连接到连续的地面。
以太网关于布局布线,大致仅此而已,良好PCB设计布局布线不仅保证电路性能,还可以提高电路性能,笔者的水平有限,不足之处欢迎指出交流。