上(shàng)世紀70年(nián)代以太網誕生了(le)，發展至如(rú)今我們對它并不陌生，浮現在現代化生活的每一(yī)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(yī)個角度揭開(kāi)其神秘的面紗。

　　我們現今使用的網絡接口均為(wèi)以太網接口，目前大部分處理器都(dōu)支持以太網口。目前以太網按照速率主要(yào)包括10M、10/100M、1000M三種接口，10M應用已經很(hěn)少(shǎo)，基本為(wèi)10/100M所代替。目前我司産品的以太網接口類型主要(yào)采用雙絞線的RJ45接口，且基本應用于工(gōng)控領域，因工(gōng)控領域的特殊性，所以我們對以太網的器件選型以及PCB設計相當考究。從(cóng)硬件的角度看(kàn)，以太網接口電路主要(yào)由MAC(Media Access Controlleroler)控制和(hé)物(wù)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(le)以太網MAC控制，但(dàn)并不提供物(wù)理層接口，故需外(wài)接一(yī)片物(wù)理芯片以提供以太網的接入通(tōng)道(dào)。面對如(rú)此複雜(zá)的接口電路，相信各位硬件工(gōng)程師(shī)們都(dōu)想知道(dào)該硬件電路如(rú)何在PCB上(shàng)實現。

　　下(xià)圖 1以太網的典型應用。我們的PCB設計基本是按照這(zhè)個框圖來布局布線，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(yào)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(yào)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(jiān)的距離盡可(kě)能(néng)的短，晶振遠離接口、PCB邊緣和(hé)其他(tā)的高頻(pín)設備、走線或磁性元件周圍，PHY層芯片和(hé)變壓器之間(jiān)的距離盡可(kě)能(néng)短，但(dàn)有時(shí)為(wèi)了(le)顧全整體布局，這(zhè)一(yī)點可(kě)能(néng)比較難滿足，但(dàn)他(tā)們之間(jiān)的距離最大約10~12cm，器件布局的原則是通(tōng)常按照信号流向放置，切不可(kě)繞來繞去;

　　b) PHY層芯片的電源濾波按照要(yào)芯片要(yào)求設計，通(tōng)常每個電源端都(dōu)需放置一(yī)個退耦電容，他(tā)們可(kě)以為(wèi)信号提供一(yī)個低(dī)阻抗通(tōng)路，減小電源和(hé)地(dì)平面間(jiān)的諧振，為(wèi)了(le)讓電容起到去耦和(hé)旁路的作(zuò)用，故要(yào)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，保證引線電感盡量小;

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

　　d) 網口變壓器接口側的共模電阻和(hé)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(yào)割地(dì)：即RJ45連接座和(hé)變壓器的次級線圈用單獨的隔離地(dì)，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(dì)層存在。這(zhè)樣做(zuò)分割處理，就是為(wèi)了(le)達到初、次級的隔離，控制源端的幹擾通(tōng)過參考平面耦合到次級;

　　f) 指示燈的電源線和(hé)驅動信号線相鄰走線，盡量減小環路面積。指示燈和(hé)差分線要(yào)進行(xíng)必要(yào)的隔離，兩者要(yào)保證足夠的距離，如(rú)有空間(jiān)可(kě)用GND隔開(kāi);

　　g) 用于連接GND和(hé)PGND的電阻及電容需放置地(dì)分割區(qū)域。

　　2. 以太網的信号線是以差分對(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(rú)果布線不當，将會帶來嚴重的信号完整性問(wèn)題。下(xià)面我們來一(yī)一(yī)介紹差分線的處理要(yào)點：

　　a) 優先繪制Rx±、Tx±差分對，盡量保持差分對平行(xíng)、等長(cháng)、短距，避免過孔、交叉。由于管腳分布、過孔、以及走線空間(jiān)等因素存在使得差分線長(cháng)易不匹配，時(shí)序會發生偏移，還會引入共模幹擾，降低(dī)信号質量。所以，相應的要(yào)對差分對不匹配的情況作(zuò)出補償，使其線長(cháng)匹配，長(cháng)度差通(tōng)常控制在5mil以內(nèi)，補償原則是哪裏出現長(cháng)度差補償哪裏;

　　b) 當速度要(yào)求高時(shí)需對Rx±、Tx±差分對進行(xíng)阻抗控制，通(tōng)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(kě)能(néng)沒有)必須靠近PHY層芯片的Rx±、Tx±管腳放置，這(zhè)樣能(néng)更好的消除通(tōng)信電纜中的信号反射;

　　d) 差分線對上(shàng)的濾波電容必須對稱放置，否則差模可(kě)能(néng)轉成共模，帶來共模噪聲，且其走線時(shí)不能(néng)有stub ，這(zhè)樣才能(néng)對高頻(pín)噪聲有良好的抑制能(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簡單很(hěn)多，下(xià)圖 3是采用一(yī)體化連接器的網口電路的PCB布局、布線參考圖：

　　圖 3一(yī)體化連接器的網口PCB布局、布線參考圖

　　從(cóng)上(shàng)圖可(kě)以看(kàn)出，圖 3和(hé)圖 1的不同之處在于少(shǎo)了(le)網口變壓器，其它大體相同。不同之處主要(yào)體現在網口變壓器已集成至連接器裏，所以地(dì)平面無需進行(xíng)分割處理，但(dàn)我們依然需要(yào)将一(yī)體化連機器的外(wài)殼連接到連續的地(dì)平面上(shàng)。

　　以太網布局布線方面的要(yào)大緻就這(zhè)些，好的PCB布局布線不僅可(kě)以保證電路性能(néng)，還可(kě)以提高電路性能(néng)，筆(bǐ)者水平有限，不足之處歡迎指正交流。