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上(shang)世(shi)紀70年代以太網誕生了，發展至如今我們對它(ta)并不陌生，浮(fu)現(xian)在現(xian)代化生活的(de)(de)每一個角落，或許(xu)正因它(ta)的(de)(de)無所不在讓(rang)其(qi)帶(dai)著神秘的(de)(de)色彩，今天我們將從其(qi)中一個角度(du)揭(jie)開其(qi)神秘的(de)(de)面紗。

　　我們現今使用的網絡接口均為，目前大部分處(chu)理(li)器(qi)都支(zhi)持(chi)以(yi)太網(wang)口(kou)。目前以(yi)太網(wang)按(an)照速率主(zhu)要(yao)(yao)包(bao)括10M、10/100M、1000M三種接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)口(kou)，10M應用已經很少(shao)，基本為10/100M所代替。目前我司產品(pin)的(de)以(yi)太網(wang)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)口(kou)類型(xing)主(zhu)要(yao)(yao)采用雙(shuang)絞線的(de)RJ45接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)口(kou)，且基本應用于工控(kong)領域(yu)，因工控(kong)領域(yu)的(de)特殊性，所以(yi)我們對以(yi)太網(wang)的(de)器(qi)件(jian)選型(xing)以(yi)及PCB設(she)計相當考(kao)究。從(cong)硬件(jian)的(de)角(jiao)度看，以(yi)太網(wang)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)口(kou)電(dian)路主(zhu)要(yao)(yao)由MAC(Media Access Controlleroler)控(kong)制(zhi)和(he)物(wu)理(li)層(ceng)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)口(kou)(Physical Layer，PHY)兩大部分構成(cheng)。大部分處(chu)理(li)器(qi)內部包(bao)含了以(yi)太網(wang)MAC控(kong)制(zhi)，但并不提供(gong)物(wu)理(li)層(ceng)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)口(kou)，故需外(wai)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)一片(pian)物(wu)理(li)芯片(pian)以(yi)提供(gong)以(yi)太網(wang)的(de)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)入(ru)通道。面對如此(ci)復雜的(de)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)口(kou)電(dian)路，相信各(ge)位(wei)硬件(jian)工程師們都想知道該硬件(jian)電(dian)路如何(he)在PCB上實現。

　　下圖(tu)(tu) 1以(yi)太(tai)網的(de)典型應用。我們(men)的(de)PCB設計(ji)基本是按照這(zhe)個(ge)框(kuang)圖(tu)(tu)來布局布線，下面我們(men)就(jiu)以(yi)這(zhe)個(ge)框(kuang)圖(tu)(tu)詳解(jie)以(yi)太(tai)網有(you)關的(de)布局布線要(yao)點。

　　圖 1 以太網典型(xing)應用

　　1. 圖 2網(wang)口變壓(ya)器沒有集成在網(wang)口連接器里的參(can)考電路(lu)PCB布(bu)局、布(bu)線圖，下面就以圖 2介紹以太網(wang)電路(lu)的布(bu)局、布(bu)線需注意的要點。

　　圖(tu) 2變壓器(qi)沒(mei)有集成在網口(kou)連接器(qi)的(de)電路(lu)PCB布(bu)局、布(bu)線參考

　　a) RJ45和(he)(he)變壓(ya)器(qi)之間的(de)(de)距(ju)(ju)離(li)盡(jin)可能(neng)的(de)(de)短，晶振遠離(li)接口、PCB邊緣和(he)(he)其(qi)他的(de)(de)高頻設備、走線(xian)或磁性元件周圍，PHY層芯片和(he)(he)變壓(ya)器(qi)之間的(de)(de)距(ju)(ju)離(li)盡(jin)可能(neng)短，但有(you)時(shi)為(wei)了顧全整體布局，這(zhe)一點(dian)可能(neng)比較難滿足，但他們之間的(de)(de)距(ju)(ju)離(li)最大約10~12cm，器(qi)件布局的(de)(de)原則是通常按照信(xin)號流向放置，切不可繞來繞去;

　　b) PHY層芯片(pian)的電(dian)(dian)(dian)源濾(lv)波按照要(yao)芯片(pian)要(yao)求設計，通常每(mei)個電(dian)(dian)(dian)源端(duan)都需(xu)放置一(yi)個退耦(ou)(ou)電(dian)(dian)(dian)容(rong)，他們可以為信號提供一(yi)個低阻抗通路，減小電(dian)(dian)(dian)源和(he)地平面(mian)間的諧(xie)振，為了讓電(dian)(dian)(dian)容(rong)起到(dao)去耦(ou)(ou)和(he)旁路的作用，故(gu)要(yao)保證(zheng)退耦(ou)(ou)和(he)旁路電(dian)(dian)(dian)容(rong)由電(dian)(dian)(dian)容(rong)、走線(xian)、過孔、焊(han)盤組成(cheng)的環路面(mian)積盡(jin)量(liang)小，保證(zheng)引線(xian)電(dian)(dian)(dian)感盡(jin)量(liang)小;

　　c) 網口變壓(ya)器PHY層芯片側(ce)中(zhong)心抽頭對地的濾波電容要盡量靠近(jin)變壓(ya)器管腳，保證(zheng)引(yin)線(xian)最短，分布電感最小;

　　d) 網口(kou)變(bian)壓(ya)器(qi)接口(kou)側的共模電阻(zu)和(he)高壓(ya)電容(rong)靠近中(zhong)心抽(chou)頭放置，走線短而粗(≥15mil);

　　e) 變壓(ya)器的兩邊需要割地：即(ji)RJ45連接(jie)座和變壓(ya)器的次(ci)(ci)級線圈用單獨的隔(ge)離地，隔(ge)離區(qu)域(yu)100mil以上，且在這個隔(ge)離區(qu)域(yu)下沒有(you)電(dian)源和地層存(cun)在。這樣(yang)做分(fen)割處理，就是為(wei)了達到初、次(ci)(ci)級的隔(ge)離，控(kong)制(zhi)源端(duan)的干擾通過參(can)考平面(mian)耦合到次(ci)(ci)級;

　　f) 指示燈的(de)電源線(xian)(xian)和驅動信號線(xian)(xian)相鄰走線(xian)(xian)，盡量減小環路面積。指示燈和差分線(xian)(xian)要(yao)進(jin)行(xing)必要(yao)的(de)隔(ge)離，兩者(zhe)要(yao)保證足夠的(de)距離，如有空間可用GND隔(ge)開;

　　g) 用(yong)于連接GND和PGND的電阻及電容需放置地分割(ge)區域(yu)。

　　2. 以太網(wang)的信(xin)號線是(shi)(shi)以差(cha)分(fen)對(Rx±、Tx±)的形式存(cun)在，差(cha)分(fen)線具有很強(qiang)共模抑制能力(li)，抗干(gan)擾能力(li)強(qiang)，但(dan)是(shi)(shi)如果布(bu)線不當，將(jiang)會帶來嚴重的信(xin)號完整性問題(ti)。下面我(wo)們(men)來一一介紹(shao)差(cha)分(fen)線的處理要點：

　　a) 優先繪制Rx±、Tx±差分對(dui)，盡(jin)量保持差分對(dui)平行、等長(chang)(chang)、短距，避免(mian)過(guo)孔(kong)、交叉。由(you)于管腳分布、過(guo)孔(kong)、以及走線(xian)空間等因(yin)素存在使(shi)得差分線(xian)長(chang)(chang)易不匹(pi)配，時序會發生偏移，還(huan)會引入(ru)共(gong)模(mo)干擾，降(jiang)低信號質量。所以，相應的(de)要對(dui)差分對(dui)不匹(pi)配的(de)情(qing)況(kuang)作出補(bu)償(chang)(chang)(chang)，使(shi)其(qi)線(xian)長(chang)(chang)匹(pi)配，長(chang)(chang)度差通常控制在5mil以內，補(bu)償(chang)(chang)(chang)原(yuan)則(ze)是哪(na)里出現長(chang)(chang)度差補(bu)償(chang)(chang)(chang)哪(na)里;

　　b) 當速度要求高時需對Rx±、Tx±差分(fen)對進行阻抗(kang)控(kong)制，通(tong)常阻抗(kang)控(kong)制在(zai)100Ω±10%;

　　c) 差分信號終端電阻(49.9Ω，有的PHY層芯片(pian)可(ke)能沒有)必須(xu)靠(kao)近PHY層芯片(pian)的Rx±、Tx±管腳(jiao)放置，這樣能更好(hao)的消(xiao)除通信電纜中(zhong)的信號反射(she);

　　d) 差分線對(dui)(dui)上的濾波電容必須對(dui)(dui)稱放置，否則差模可能轉成共模，帶來共模噪聲，且(qie)其走線時不能有stub ，這樣才(cai)能對(dui)(dui)高頻噪聲有良(liang)好的抑制能力(li)。

　　3. 變壓(ya)器(qi)集(ji)成(cheng)在連接器(qi)的(de)(de)以太(tai)網電路(lu)的(de)(de)PCB布局(ju)、布線較不(bu)集(ji)成(cheng)的(de)(de)相(xiang)對簡單很多，下圖 3是采用(yong)一體化連接器(qi)的(de)(de)網口電路(lu)的(de)(de)PCB布局(ju)、布線參(can)考圖：

　　圖(tu) 3一體化連接(jie)器(qi)的網口(kou)PCB布(bu)局、布(bu)線參(can)考圖(tu)

　　從上(shang)圖(tu)可(ke)以(yi)看出，圖(tu) 3和圖(tu) 1的(de)(de)不同(tong)之處在(zai)于(yu)少(shao)了網(wang)口(kou)變壓(ya)器(qi)，其它大(da)體(ti)相同(tong)。不同(tong)之處主要(yao)體(ti)現(xian)在(zai)網(wang)口(kou)變壓(ya)器(qi)已集(ji)成至連接器(qi)里，所以(yi)地平面無需進行分割處理，但我們(men)依(yi)然需要(yao)將(jiang)一體(ti)化連機器(qi)的(de)(de)外殼連接到(dao)連續的(de)(de)地平面上(shang)。

　　以太網布局(ju)布線方面的要大致(zhi)就(jiu)這些，好的PCB布局(ju)布線不僅可(ke)以保證電路性能，還可(ke)以提高電路性能，筆者水平有限，不足(zu)之處歡(huan)迎指(zhi)正交流。