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上世紀(ji)70年代以太網(wang)誕生了，發展至如今我(wo)們對它并不(bu)(bu)陌(mo)生，浮(fu)現(xian)在(zai)現(xian)代化生活(huo)的每一個角落，或(huo)許(xu)正因它的無所不(bu)(bu)在(zai)讓其(qi)(qi)帶著神秘的色彩，今天我(wo)們將(jiang)從(cong)其(qi)(qi)中一個角度揭(jie)開其(qi)(qi)神秘的面(mian)紗。

　　我們現今使用的網絡接口均為，目(mu)前(qian)大部分(fen)處理器都(dou)支持以(yi)(yi)太(tai)網(wang)(wang)口。目(mu)前(qian)以(yi)(yi)太(tai)網(wang)(wang)按照速(su)率主(zhu)要(yao)包(bao)括10M、10/100M、1000M三(san)種接(jie)口，10M應用(yong)已經(jing)很少，基本為(wei)10/100M所(suo)代替。目(mu)前(qian)我司產品(pin)的(de)以(yi)(yi)太(tai)網(wang)(wang)接(jie)口類型主(zhu)要(yao)采用(yong)雙絞(jiao)線(xian)的(de)RJ45接(jie)口，且基本應用(yong)于工(gong)控領域(yu)，因工(gong)控領域(yu)的(de)特殊性，所(suo)以(yi)(yi)我們對以(yi)(yi)太(tai)網(wang)(wang)的(de)器件(jian)(jian)選型以(yi)(yi)及PCB設(she)計(ji)相當考究。從硬(ying)件(jian)(jian)的(de)角度看(kan)，以(yi)(yi)太(tai)網(wang)(wang)接(jie)口電路主(zhu)要(yao)由MAC(Media Access Controlleroler)控制和物(wu)理層接(jie)口(Physical Layer，PHY)兩大部分(fen)構成。大部分(fen)處理器內部包(bao)含了以(yi)(yi)太(tai)網(wang)(wang)MAC控制，但并不提供物(wu)理層接(jie)口，故(gu)需外接(jie)一(yi)片物(wu)理芯片以(yi)(yi)提供以(yi)(yi)太(tai)網(wang)(wang)的(de)接(jie)入通道(dao)。面對如此復雜的(de)接(jie)口電路，相信各位硬(ying)件(jian)(jian)工(gong)程師(shi)們都(dou)想(xiang)知道(dao)該硬(ying)件(jian)(jian)電路如何(he)在(zai)PCB上實現(xian)。

　　下圖 1以太(tai)網(wang)的(de)(de)典(dian)型應用。我們(men)的(de)(de)PCB設計基本(ben)是按照這個(ge)框圖來(lai)布(bu)局布(bu)線(xian)，下面我們(men)就以這個(ge)框圖詳解(jie)以太(tai)網(wang)有關的(de)(de)布(bu)局布(bu)線(xian)要點。

　　圖 1 以太網典型應用

　　1. 圖 2網口變壓器沒有集成在網口連(lian)接器里的(de)參考(kao)電路PCB布局、布線(xian)圖，下(xia)面就以(yi)圖 2介紹以(yi)太網電路的(de)布局、布線(xian)需(xu)注意的(de)要點。

　　圖 2變壓器沒(mei)有集成在網口(kou)連接(jie)器的電路PCB布局、布線(xian)參(can)考

　　a) RJ45和變(bian)壓器之(zhi)間的(de)(de)(de)距(ju)離(li)盡(jin)可(ke)能的(de)(de)(de)短，晶(jing)振遠離(li)接(jie)口、PCB邊緣和其他的(de)(de)(de)高頻(pin)設備、走線或(huo)磁性元件周圍，PHY層芯片和變(bian)壓器之(zhi)間的(de)(de)(de)距(ju)離(li)盡(jin)可(ke)能短，但有時為了(le)顧(gu)全(quan)整體布局(ju)，這(zhe)一點可(ke)能比較難滿足(zu)，但他們之(zhi)間的(de)(de)(de)距(ju)離(li)最大約10~12cm，器件布局(ju)的(de)(de)(de)原(yuan)則是通常按照信號流向放置，切(qie)不可(ke)繞(rao)來繞(rao)去;

　　b) PHY層(ceng)芯片的電(dian)源濾波(bo)按照要芯片要求設計，通常每個(ge)電(dian)源端都需放置(zhi)一(yi)個(ge)退(tui)耦(ou)(ou)電(dian)容(rong)，他們可以(yi)為(wei)信號提供一(yi)個(ge)低阻抗通路(lu)，減小(xiao)電(dian)源和地平面間的諧振，為(wei)了讓電(dian)容(rong)起到(dao)去耦(ou)(ou)和旁(pang)路(lu)的作用，故要保證(zheng)退(tui)耦(ou)(ou)和旁(pang)路(lu)電(dian)容(rong)由(you)電(dian)容(rong)、走(zou)線(xian)、過(guo)孔(kong)、焊(han)盤(pan)組成(cheng)的環路(lu)面積盡量(liang)小(xiao)，保證(zheng)引(yin)線(xian)電(dian)感盡量(liang)小(xiao);

　　c) 網口變(bian)壓(ya)器PHY層(ceng)芯片側中(zhong)心(xin)抽頭對(dui)地的(de)濾波電(dian)(dian)容(rong)要盡量靠(kao)近變(bian)壓(ya)器管腳，保證引線最短，分布(bu)電(dian)(dian)感最小(xiao);

　　d) 網(wang)口變(bian)壓器(qi)接口側(ce)的共模電阻和高(gao)壓電容靠(kao)近中心抽頭(tou)放置，走線短(duan)而粗(cu)(≥15mil);

　　e) 變(bian)壓器的兩邊(bian)需要(yao)割地：即RJ45連接(jie)座和(he)變(bian)壓器的次級(ji)線(xian)圈(quan)用單獨的隔(ge)離地，隔(ge)離區域100mil以上，且在這個隔(ge)離區域下(xia)沒有電源(yuan)和(he)地層(ceng)存在。這樣做分割處理(li)，就是為(wei)了達到初、次級(ji)的隔(ge)離，控制源(yuan)端的干擾通(tong)過參考平面耦(ou)合到次級(ji);

　　f) 指(zhi)(zhi)示(shi)燈(deng)的(de)電源線(xian)(xian)和(he)驅動信號線(xian)(xian)相鄰走線(xian)(xian)，盡量減小(xiao)環路面積。指(zhi)(zhi)示(shi)燈(deng)和(he)差分(fen)線(xian)(xian)要(yao)進行必要(yao)的(de)隔離，兩者要(yao)保證足夠(gou)的(de)距離，如(ru)有空(kong)間可用GND隔開;

　　g) 用于連接GND和PGND的電阻及電容需放(fang)置地分(fen)割區域。

　　2. 以太(tai)網的信(xin)號線是以差分對(dui)(Rx±、Tx±)的形式存在，差分線具有很強共模抑制能(neng)力(li)，抗(kang)干擾能(neng)力(li)強，但是如果布線不當(dang)，將會帶來(lai)嚴重的信(xin)號完整(zheng)性問題。下(xia)面(mian)我們來(lai)一一介紹差分線的處理要點：

　　a) 優先繪制Rx±、Tx±差分(fen)對(dui)，盡(jin)量(liang)保持差分(fen)對(dui)平行、等(deng)長(chang)、短距，避免(mian)過(guo)(guo)孔(kong)、交叉。由(you)于管腳分(fen)布、過(guo)(guo)孔(kong)、以(yi)及走線(xian)空間等(deng)因素存在使(shi)得(de)差分(fen)線(xian)長(chang)易不匹配(pei)，時序會發(fa)生偏移，還會引入共模(mo)干(gan)擾(rao)，降低信(xin)號質量(liang)。所以(yi)，相應的要(yao)對(dui)差分(fen)對(dui)不匹配(pei)的情(qing)況作出(chu)補償，使(shi)其線(xian)長(chang)匹配(pei)，長(chang)度(du)差通常控制在5mil以(yi)內(nei)，補償原則是哪里(li)出(chu)現長(chang)度(du)差補償哪里(li);

　　b) 當速度要(yao)求(qiu)高時需對Rx±、Tx±差(cha)分對進行(xing)阻抗(kang)控制(zhi)，通(tong)常阻抗(kang)控制(zhi)在100Ω±10%;

　　c) 差分信號終(zhong)端電(dian)阻(49.9Ω，有(you)的(de)PHY層(ceng)芯片可能沒有(you))必須靠近(jin)PHY層(ceng)芯片的(de)Rx±、Tx±管腳放(fang)置，這樣(yang)能更好的(de)消除(chu)通信電(dian)纜中(zhong)的(de)信號反射;

　　d) 差分(fen)線(xian)對(dui)(dui)上(shang)的濾(lv)波電容必須對(dui)(dui)稱放置，否(fou)則差模可(ke)能(neng)(neng)轉成共模，帶來共模噪聲，且其走線(xian)時不能(neng)(neng)有stub ，這樣才能(neng)(neng)對(dui)(dui)高頻(pin)噪聲有良好的抑(yi)制能(neng)(neng)力。

　　3. 變壓器集成(cheng)在連接(jie)器的(de)(de)以太(tai)網電(dian)路的(de)(de)PCB布(bu)局、布(bu)線較不集成(cheng)的(de)(de)相對簡單(dan)很多，下圖(tu)(tu) 3是采用一體(ti)化連接(jie)器的(de)(de)網口電(dian)路的(de)(de)PCB布(bu)局、布(bu)線參考圖(tu)(tu)：

　　圖 3一體(ti)化連接器的網口(kou)PCB布局、布線參考圖

　　從上圖可以看(kan)出(chu)，圖 3和圖 1的不同之處(chu)在(zai)于(yu)少(shao)了網口變壓器，其(qi)它(ta)大體相同。不同之處(chu)主要體現在(zai)網口變壓器已(yi)集成至連(lian)接器里，所以地平面無需進(jin)行(xing)分割處(chu)理，但我們依然需要將一體化連(lian)機器的外殼(ke)連(lian)接到連(lian)續(xu)的地平面上。

　　以太網布(bu)局(ju)布(bu)線方(fang)面的要大致就這些，好的PCB布(bu)局(ju)布(bu)線不僅(jin)可(ke)以保證電路性(xing)能(neng)(neng)，還可(ke)以提(ti)高(gao)電路性(xing)能(neng)(neng)，筆者水平有限(xian)，不足之處歡(huan)迎(ying)指正交流。