上(shàng)世紀70年代以太網誕生了(le)，發展至如今我們對(duì)它并不陌生，浮現(xiàn)在現(xiàn)代化生活的每一個角落，或許正因它的無所不在讓其帶着神秘的色彩，今天我們将從(cóng)其中一個角度揭開(kāi)其神秘的面紗。

　　我們現(xiàn)今使用(yòng)的網絡接口均爲以太網接口，目前大(dà)部分處理(lǐ)器都支持以太網口。目前以太網按照速率主要包括10M、10/100M、1000M三種接口，10M應用(yòng)已經很(hěn)少，基本爲10/100M所代替。目前我司産品的以太網接口類型主要采用(yòng)雙絞線的RJ45接口，且基本應用(yòng)于工(gōng)控領域，因工(gōng)控領域的特殊性，所以我們對(duì)以太網的器件選型以及PCB設計(jì)相當考究。從(cóng)硬件的角度看(kàn)，以太網接口電路主要由MAC(Media Access Controlleroler)控制和(hé)物理(lǐ)層接口(Physical Layer，PHY)兩大(dà)部分構成。大(dà)部分處理(lǐ)器内部包含了(le)以太網MAC控制，但(dàn)并不提供物理(lǐ)層接口，故需外(wài)接一片物理(lǐ)芯片以提供以太網的接入通道(dào)。面對(duì)如此複雜(zá)的接口電路，相信各位硬件工(gōng)程師們都想知(zhī)道(dào)該硬件電路如何在PCB上(shàng)實現(xiàn)。

　　下(xià)圖 1以太網的典型應用(yòng)。我們的PCB設計(jì)基本是按照這(zhè)個框圖來(lái)布局布線，下(xià)面我們就以這(zhè)個框圖詳解以太網有關的布局布線要點。

　　圖 1 以太網典型應用(yòng)

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

　　圖 2變壓器沒有集成在網口連接器的電路PCB布局、布線參考

　　a) RJ45和(hé)變壓器之間的距離盡可能(néng)的短，晶振遠離接口、PCB邊緣和(hé)其他(tā)的高(gāo)頻設備、走線或磁性元件周圍，PHY層芯片和(hé)變壓器之間的距離盡可能(néng)短，但(dàn)有時(shí)爲了(le)顧全整體布局，這(zhè)一點可能(néng)比較難滿足，但(dàn)他(tā)們之間的距離最大(dà)約10~12cm，器件布局的原則是通常按照信号流向放(fàng)置，切不可繞來(lái)繞去;

　　b) PHY層芯片的電源濾波按照要芯片要求設計(jì)，通常每個電源端都需放(fàng)置一個退耦電容，他(tā)們可以爲信号提供一個低(dī)阻抗通路，減小(xiǎo)電源和(hé)地平面間的諧振，爲了(le)讓電容起到(dào)去耦和(hé)旁路的作(zuò)用(yòng)，故要保證退耦和(hé)旁路電容由電容、走線、過孔、焊盤組成的環路面積盡量小(xiǎo)，保證引線電感盡量小(xiǎo);

　　c) 網口變壓器PHY層芯片側中心抽頭對(duì)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(xiǎo);

　　d) 網口變壓器接口側的共模電阻和(hé)高(gāo)壓電容靠近中心抽頭放(fàng)置，走線短而粗(≥15mil);

　　e) 變壓器的兩邊需要割地：即RJ45連接座和(hé)變壓器的次級線圈用(yòng)單獨的隔離地，隔離區(qū)域100mil以上(shàng)，且在這(zhè)個隔離區(qū)域下(xià)沒有電源和(hé)地層存在。這(zhè)樣做分割處理(lǐ)，就是爲了(le)達到(dào)初、次級的隔離，控制源端的幹擾通過參考平面耦合到(dào)次級;

　　f) 指示燈的電源線和(hé)驅動信号線相鄰走線，盡量減小(xiǎo)環路面積。指示燈和(hé)差分線要進行必要的隔離，兩者要保證足夠的距離，如有空(kōng)間可用(yòng)GND隔開(kāi);

　　g) 用(yòng)于連接GND和(hé)PGND的電阻及電容需放(fàng)置地分割區(qū)域。

　　2. 以太網的信号線是以差分對(duì)(Rx±、Tx±)的形式存在，差分線具有很(hěn)強共模抑制能(néng)力，抗幹擾能(néng)力強，但(dàn)是如果布線不當，将會(huì)帶來(lái)嚴重的信号完整性問題。下(xià)面我們來(lái)一一介紹差分線的處理(lǐ)要點：

　　a) 優先繪制Rx±、Tx±差分對(duì)，盡量保持差分對(duì)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(kōng)間等因素存在使得差分線長易不匹配，時(shí)序會(huì)發生偏移，還會(huì)引入共模幹擾，降低(dī)信号質量。所以，相應的要對(duì)差分對(duì)不匹配的情況作(zuò)出補償，使其線長匹配，長度差通常控制在5mil以内，補償原則是哪裏出現(xiàn)長度差補償哪裏;

　　b) 當速度要求高(gāo)時(shí)需對(duì)Rx±、Tx±差分對(duì)進行阻抗控制，通常阻抗控制在100Ω±10%;

　　c) 差分信号終端電阻(49.9Ω，有的PHY層芯片可能(néng)沒有)必須靠近PHY層芯片的Rx±、Tx±管腳放(fàng)置，這(zhè)樣能(néng)更好(hǎo)的消除通信電纜中的信号反射;

　　d) 差分線對(duì)上(shàng)的濾波電容必須對(duì)稱放(fàng)置，否則差模可能(néng)轉成共模，帶來(lái)共模噪聲，且其走線時(shí)不能(néng)有stub ，這(zhè)樣才能(néng)對(duì)高(gāo)頻噪聲有良好(hǎo)的抑制能(néng)力。

　　3. 變壓器集成在連接器的以太網電路的PCB布局、布線較不集成的相對(duì)簡單很(hěn)多，下(xià)圖 3是采用(yòng)一體化連接器的網口電路的PCB布局、布線參考圖：

　　圖 3一體化連接器的網口PCB布局、布線參考圖

　　從(cóng)上(shàng)圖可以看(kàn)出，圖 3和(hé)圖 1的不同之處在于少了(le)網口變壓器，其它大(dà)體相同。不同之處主要體現(xiàn)在網口變壓器已集成至連接器裏，所以地平面無需進行分割處理(lǐ)，但(dàn)我們依然需要将一體化連機器的外(wài)殼連接到(dào)連續的地平面上(shàng)。

　　以太網布局布線方面的要大(dà)緻就這(zhè)些(xiē)，好(hǎo)的PCB布局布線不僅可以保證電路性能(néng)，還可以提高(gāo)電路性能(néng)，筆(bǐ)者水(shuǐ)平有限，不足之處歡迎指正交流。