揭秘以太網(wǎng)接口在印制電路板上的實現(xiàn)

???????? 我們現(xiàn)今使用的網(wǎng)絡接口均為以太網(wǎng)接口，目前大部分處理器都支持以太網(wǎng)口。目前以太網(wǎng)按照速率主要包括10M、10/100M、1000M三種接口，10M應用已經(jīng)很少，基本為10/100M所代替。目前我司產(chǎn)品的以太網(wǎng)接口類型主要采用雙絞線的RJ45接口，且基本應用于工控領域，因工控領域的特殊性，所以我們對以太網(wǎng)的器件選型以及PCB設計相當考究。從硬件的角度看，以太網(wǎng)接口電路主要由MAC（Media Access Controlleroler）控制和物理層接口（Physical Layer，PHY）兩大部分構成。大部分處理器內(nèi)部包含了以太網(wǎng)MAC控制，但并不提供物理層接口，故需外接一片物理芯片以提供以太網(wǎng)的接入通道。面對如此復雜的接口電路，相信各位硬件工程師們都想知道該硬件電路如何在PCB上實現(xiàn)。

　　下圖 1以太網(wǎng)的典型應用。我們的PCB設計基本是按照這個框圖來布局布線，下面我們就以這個框圖詳解以太網(wǎng)有關的布局布線要點。

　　圖 1 以太網(wǎng)典型應用

　　1. 圖 2網(wǎng)口變壓器沒有集成在網(wǎng)口連接器里的參考電路PCB布局、布線圖，下面就以圖 2介紹以太網(wǎng)電路的布局、布線需注意的要點。

揭秘以太網(wǎng)接口在印制電路板上的實現(xiàn)

　　圖 2變壓器沒有集成在網(wǎng)口連接器的電路PCB布局、布線參考

　　a） RJ45和變壓器之間的距離盡可能的短，晶振遠離接口、PCB邊緣和其他的高頻設備、走線或磁性元件周圍，PHY層芯片和變壓器之間的距離盡可能短，但有時為了顧全整體布局，這一點可能比較難滿足，但他們之間的距離最大約10~12cm，器件布局的原則是通常按照信號流向放置，切不可繞來繞去；

　　b） PHY層芯片的電源濾波按照要芯片要求設計，通常每個電源端都需放置一個退耦電容，他們可以為信號提供一個低阻抗通路，減小電源和地平面間的諧振，為了讓電容起到去耦和旁路的作用，故要保證退耦和旁路電容由電容、走線、過孔、焊盤組成的環(huán)路面積盡量小，保證引線電感盡量小；

　　c）網(wǎng)口變壓器PHY層芯片側(cè)中心抽頭對地的濾波電容要盡量靠近變壓器管腳，保證引線最短，分布電感最小；

　　d）網(wǎng)口變壓器接口側(cè)的共模電阻和高壓電容靠近中心抽頭放置，走線短而粗（≥15mil）；

　　e）變壓器的兩邊需要割地：即RJ45連接座和變壓器的次級線圈用單獨的隔離地，隔離區(qū)域100mil以上，且在這個隔離區(qū)域下沒有電源和地層存在。這樣做分割處理，就是為了達到初、次級的隔離，控制源端的干擾通過參考平面耦合到次級；

　　f）指示燈的電源線和驅(qū)動信號線相鄰走線，盡量減小環(huán)路面積。指示燈和差分線要進行必要的隔離，兩者要保證足夠的距離，如有空間可用GND隔開；

　　g）用于連接GND和PGND的電阻及電容需放置地分割區(qū)域。

　　2. 以太網(wǎng)的信號線是以差分對（Rx±、Tx±）的形式存在，差分線具有很強共模抑制能力，抗干擾能力強，但是如果布線不當，將會帶來嚴重的信號完整性問題。下面我們來一一介紹差分線的處理要點：

　　a）優(yōu)先繪制Rx±、Tx±差分對，盡量保持差分對平行、等長、短距，避免過孔、交叉。由于管腳分布、過孔、以及走線空間等因素存在使得差分線長易不匹配，時序會發(fā)生偏移，還會引入共模干擾，降低信號質(zhì)量。所以，相應的要對差分對不匹配的情況作出補償，使其線長匹配，長度差通常控制在5mil以內(nèi)，補償原則是哪里出現(xiàn)長度差補償哪里；

　　b）當速度要求高時需對Rx±、Tx±差分對進行阻抗控制，通常阻抗控制在100Ω±10%；

　　c）差分信號終端電阻（49.9Ω，有的PHY層芯片可能沒有）必須靠近PHY層芯片的Rx±、Tx±管腳放置，這樣能更好的消除通信電纜中的信號反射；

　　d）差分線對上的濾波電容必須對稱放置，否則差模可能轉(zhuǎn)成共模，帶來共模噪聲，且其走線時不能有stub ，這樣才能對高頻噪聲有良好的抑制能力。

揭秘以太網(wǎng)接口在印制電路板上的實現(xiàn)

　　3. 變壓器集成在連接器的以太網(wǎng)電路的PCB布局、布線較不集成的相對簡單很多，下圖 3是采用一體化連接器的網(wǎng)口電路的PCB布局、布線參考圖：

揭秘以太網(wǎng)接口在印制電路板上的實現(xiàn)

　　圖 3一體化連接器的網(wǎng)口PCB布局、布線參考圖

　　從上圖可以看出，圖 3和圖 1的不同之處在于少了網(wǎng)口變壓器，其它大體相同。不同之處主要體現(xiàn)在網(wǎng)口變壓器已集成至連接器里，所以地平面無需進行分割處理，但我們依然需要將一體化連機器的外殼連接到連續(xù)的地平面上。

　　以太網(wǎng)布局布線方面的要大致就這些，好的PCB布局布線不僅可以保證電路性能，還可以提高電路性能，筆者水平有限，不足之處歡迎指正交流。

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本帖最后由 gk320830 于 2015-3-7 12:07 編輯組裝印制電路板的檢測為完成印制電路板檢測的要求，已經(jīng)產(chǎn)生了各種各樣的檢測設備。自動光學檢測( AOI) 系統(tǒng)通常用于成層前

2013-10-28 14:45:19

組裝印制電路板的檢測

　　為完成印制電路板檢測的要求，已經(jīng)產(chǎn)生了各種各樣的檢測設備。自動光學檢測( AOI) 系統(tǒng)通常用于成層前內(nèi)層的測試;在成層以后，X 射線系統(tǒng)監(jiān)控對位的精確性和細小的缺陷;掃描激光系統(tǒng)提供了在回流

2018-11-22 15:50:21

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2021-04-23 07:16:25

解決射頻電路印制電路板的抗干擾設計的辦法

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2020-11-23 12:17:20

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2013-02-27 11:17:20

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2021-04-21 06:45:37

請問印制電路板基板材料有哪幾種類型？

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2021-04-25 09:28:22

請問印制電路板是怎樣應用互聯(lián)技術的？

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2021-04-21 06:36:39

請問一下印制電路板中常用標準是什么？

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2021-04-23 06:26:03

印制電路板設計規(guī)范

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2008-12-28 17:00:45

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2009-03-08 10:33:40

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2009-03-08 10:35:43

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2009-11-09 09:34:06

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2009-11-19 09:07:20

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這回你知道，什么是印制電路板了吧！

印制電路板

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2018-05-03 09:33:49

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為什么叫印制電路板?印制電路板來由介紹

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本文開會對印制電路板設計進行了概述，其次介紹了成功設計印制電路板的五個技巧，最后介紹了印制電路板設計心得體會與總結。

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2019-06-04 14:59:34

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