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上世紀70年代以太網誕生(sheng)了，發展(zhan)至如今我們(men)對它(ta)(ta)并(bing)不陌生(sheng)，浮現在(zai)現代化生(sheng)活的(de)每(mei)一(yi)個(ge)角(jiao)落，或許正因(yin)它(ta)(ta)的(de)無所不在(zai)讓其(qi)(qi)帶著神(shen)秘的(de)色彩，今天我們(men)將從其(qi)(qi)中一(yi)個(ge)角(jiao)度揭開其(qi)(qi)神(shen)秘的(de)面紗。

　　我們現今使用的網絡接口均為，目(mu)(mu)前大(da)部(bu)分處理(li)(li)器(qi)(qi)都支持以(yi)太(tai)(tai)(tai)(tai)網(wang)口(kou)。目(mu)(mu)前以(yi)太(tai)(tai)(tai)(tai)網(wang)按(an)照速率主要包(bao)(bao)括10M、10/100M、1000M三(san)種接(jie)口(kou)，10M應用已經很少，基(ji)本為10/100M所(suo)(suo)代(dai)替。目(mu)(mu)前我司產品(pin)的(de)(de)以(yi)太(tai)(tai)(tai)(tai)網(wang)接(jie)口(kou)類(lei)型主要采用雙絞(jiao)線的(de)(de)RJ45接(jie)口(kou)，且基(ji)本應用于工控(kong)(kong)領域(yu)，因工控(kong)(kong)領域(yu)的(de)(de)特殊性，所(suo)(suo)以(yi)我們對以(yi)太(tai)(tai)(tai)(tai)網(wang)的(de)(de)器(qi)(qi)件(jian)(jian)選型以(yi)及(ji)PCB設計(ji)相當考(kao)究。從硬件(jian)(jian)的(de)(de)角度看，以(yi)太(tai)(tai)(tai)(tai)網(wang)接(jie)口(kou)電(dian)路主要由MAC(Media Access Controlleroler)控(kong)(kong)制和物理(li)(li)層接(jie)口(kou)(Physical Layer，PHY)兩大(da)部(bu)分構成。大(da)部(bu)分處理(li)(li)器(qi)(qi)內部(bu)包(bao)(bao)含(han)了(le)以(yi)太(tai)(tai)(tai)(tai)網(wang)MAC控(kong)(kong)制，但并不提(ti)供(gong)物理(li)(li)層接(jie)口(kou)，故需外(wai)接(jie)一片物理(li)(li)芯片以(yi)提(ti)供(gong)以(yi)太(tai)(tai)(tai)(tai)網(wang)的(de)(de)接(jie)入通道。面對如此復雜的(de)(de)接(jie)口(kou)電(dian)路，相信(xin)各(ge)位硬件(jian)(jian)工程師們都想(xiang)知道該硬件(jian)(jian)電(dian)路如何(he)在PCB上實現。

　　下(xia)圖(tu) 1以太網的(de)典型應用。我(wo)們的(de)PCB設計(ji)基(ji)本是按(an)照(zhao)這個框圖(tu)來布(bu)局布(bu)線，下(xia)面我(wo)們就以這個框圖(tu)詳解以太網有(you)關的(de)布(bu)局布(bu)線要點。

　　圖 1 以太網典型(xing)應用

　　1. 圖(tu) 2網口變壓器(qi)沒有集成在網口連接器(qi)里的參考電路(lu)PCB布局(ju)、布線圖(tu)，下面(mian)就以圖(tu) 2介紹以太(tai)網電路(lu)的布局(ju)、布線需注意的要點。

　　圖 2變壓(ya)器(qi)沒有集成在網口(kou)連接(jie)器(qi)的電路PCB布(bu)局(ju)、布(bu)線參(can)考

　　a) RJ45和變壓器之間的(de)距離盡可能的(de)短，晶振遠離接口、PCB邊緣和其他的(de)高頻設備、走線或磁性元件周圍，PHY層芯片和變壓器之間的(de)距離盡可能短，但有時為了顧(gu)全(quan)整體布局(ju)，這一點(dian)可能比較難滿足，但他們之間的(de)距離最大約10~12cm，器件布局(ju)的(de)原則(ze)是(shi)通常按照信(xin)號流向(xiang)放置，切不可繞(rao)(rao)來繞(rao)(rao)去;

　　b) PHY層芯片的(de)電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)濾(lv)波按照要(yao)芯片要(yao)求設計，通常每(mei)個電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)端都(dou)需(xu)放置一(yi)個退耦(ou)電(dian)(dian)容，他們可以為(wei)信號提供一(yi)個低阻(zu)抗通路(lu)，減(jian)小(xiao)電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)和地平面間的(de)諧振(zhen)，為(wei)了讓電(dian)(dian)容起到(dao)去耦(ou)和旁路(lu)的(de)作用，故(gu)要(yao)保(bao)證退耦(ou)和旁路(lu)電(dian)(dian)容由電(dian)(dian)容、走線(xian)、過孔、焊盤組成的(de)環路(lu)面積盡量(liang)小(xiao)，保(bao)證引線(xian)電(dian)(dian)感盡量(liang)小(xiao);

　　c) 網口變(bian)壓(ya)器(qi)PHY層芯片側中心抽頭對地(di)的濾波電容(rong)要盡量靠近變(bian)壓(ya)器(qi)管腳(jiao)，保證引線最短，分布電感最小;

　　d) 網口(kou)(kou)變壓(ya)(ya)器(qi)接口(kou)(kou)側的共(gong)模(mo)電阻和高壓(ya)(ya)電容靠近中心抽(chou)頭(tou)放(fang)置，走線短而粗(≥15mil);

　　e) 變(bian)(bian)壓器的(de)兩邊需要割地：即RJ45連接座和變(bian)(bian)壓器的(de)次(ci)級線圈用單(dan)獨的(de)隔(ge)離(li)地，隔(ge)離(li)區域100mil以上(shang)，且在(zai)這個(ge)隔(ge)離(li)區域下沒(mei)有電源(yuan)和地層存在(zai)。這樣做分割處理(li)，就是為了達到初(chu)、次(ci)級的(de)隔(ge)離(li)，控制源(yuan)端的(de)干擾通(tong)過參考平面(mian)耦合到次(ci)級;

　　f) 指示燈(deng)的(de)(de)電源線和驅動信號線相鄰走線，盡量減小(xiao)環路面積。指示燈(deng)和差分線要(yao)進行必要(yao)的(de)(de)隔離，兩(liang)者要(yao)保證足夠的(de)(de)距(ju)離，如有空間可用GND隔開(kai);

　　g) 用于(yu)連接GND和PGND的電阻及電容(rong)需放置(zhi)地分割區域。

　　2. 以太網(wang)的信號(hao)線(xian)是以差(cha)分對(dui)(Rx±、Tx±)的形(xing)式存在，差(cha)分線(xian)具(ju)有很強(qiang)共模(mo)抑制(zhi)能力(li)(li)，抗干擾(rao)能力(li)(li)強(qiang)，但是如(ru)果布線(xian)不當，將會帶來嚴重的信號(hao)完(wan)整性問題。下(xia)面我們來一一介紹(shao)差(cha)分線(xian)的處理(li)要(yao)點：

　　a) 優先繪(hui)制Rx±、Tx±差(cha)(cha)分(fen)對(dui)，盡量保持(chi)差(cha)(cha)分(fen)對(dui)平行(xing)、等(deng)長(chang)、短距，避(bi)免(mian)過孔、交叉。由于管腳分(fen)布、過孔、以(yi)及(ji)走線空間等(deng)因素存(cun)在使得(de)差(cha)(cha)分(fen)線長(chang)易(yi)不(bu)匹配，時(shi)序會發(fa)生偏移，還會引入共模干擾，降低信號(hao)質量。所以(yi)，相應(ying)的要(yao)對(dui)差(cha)(cha)分(fen)對(dui)不(bu)匹配的情況作出(chu)補(bu)償(chang)(chang)，使其線長(chang)匹配，長(chang)度(du)差(cha)(cha)通常控(kong)制在5mil以(yi)內，補(bu)償(chang)(chang)原則是哪(na)(na)里(li)出(chu)現(xian)長(chang)度(du)差(cha)(cha)補(bu)償(chang)(chang)哪(na)(na)里(li);

　　b) 當速度要求(qiu)高時需(xu)對(dui)Rx±、Tx±差分對(dui)進行阻抗控(kong)(kong)制(zhi)，通常阻抗控(kong)(kong)制(zhi)在100Ω±10%;

　　c) 差分信號終端電阻(49.9Ω，有的PHY層芯片(pian)可能(neng)沒(mei)有)必須靠近PHY層芯片(pian)的Rx±、Tx±管腳(jiao)放置，這樣能(neng)更好的消除(chu)通信電纜中的信號反射(she);

　　d) 差分(fen)線對上的濾(lv)波電容必須對稱放置，否則差模(mo)可(ke)能(neng)轉成(cheng)共(gong)模(mo)，帶來共(gong)模(mo)噪聲(sheng)，且其走(zou)線時不能(neng)有(you)(you)stub ，這(zhe)樣才能(neng)對高頻(pin)噪聲(sheng)有(you)(you)良好的抑制能(neng)力。

　　3. 變(bian)壓器集成(cheng)在連接(jie)器的(de)(de)(de)以(yi)太網電(dian)(dian)路(lu)的(de)(de)(de)PCB布(bu)局、布(bu)線較不集成(cheng)的(de)(de)(de)相對簡單很(hen)多，下圖(tu) 3是(shi)采(cai)用一體化連接(jie)器的(de)(de)(de)網口電(dian)(dian)路(lu)的(de)(de)(de)PCB布(bu)局、布(bu)線參考圖(tu)：

　　圖 3一體化連接器的網口PCB布(bu)局、布(bu)線參考圖

　　從(cong)上(shang)圖(tu)可以(yi)看出(chu)，圖(tu) 3和圖(tu) 1的(de)不同(tong)之(zhi)處(chu)在(zai)于少了網(wang)口變壓器，其它大體相同(tong)。不同(tong)之(zhi)處(chu)主要體現(xian)在(zai)網(wang)口變壓器已集成至連(lian)(lian)接器里(li)，所以(yi)地平面無需進行(xing)分(fen)割處(chu)理，但我們(men)依(yi)然需要將一體化連(lian)(lian)機(ji)器的(de)外(wai)殼(ke)連(lian)(lian)接到(dao)連(lian)(lian)續的(de)地平面上(shang)。

　　以(yi)太網(wang)布(bu)局布(bu)線(xian)方面的要大致就(jiu)這些(xie)，好的PCB布(bu)局布(bu)線(xian)不(bu)僅(jin)可以(yi)保證電路(lu)性能(neng)，還可以(yi)提高電路(lu)性能(neng)，筆(bi)者水平有限，不(bu)足之處歡(huan)迎(ying)指(zhi)正交流。