以太网接口硬件设计中,现在CPU集成度越来越高,都会集成MAC,而对于硬件设计来说,只需要外接PHY Transceiver IC即可实现以太网通信,而PHY芯片(以百兆为例)外围电路基本如下所示:
RJ45连接器 RJ是Registered Jack的缩写,意思是“注册的插座”。在FCC(美国联邦通信委员会标准和规章)中RJ是描述公用电信网络的接口,计算机网络的RJ45是标准8位模块化接口的俗称。连接器由插头(8P8C接头,水晶头)和插座组成。如下图所示: 关于接头引脚定义,目前存在两种标准:T568A和T568B(最通用)。这两者的主要区别是橙色和绿色双绞线进行了交换,如下图所示:
设计这两种标准只是在线缆颜色上有所区别,目的是在线缆侧实现交叉互连。网络直通线常用于异种网络之间的互连(比如计算机交换机之间),交叉线常用于同种网络之间的互联(比如计算机与之间)。不过现在PHY芯片大部分具有自动交叉(auto MDI-X)的能力,只需要直连即可。不同网络速率及网络介质下引脚作用也不相同,如下图示意: 关于RJ45插座,也有很多分类。根据功能划分,内部有无集成变压器,有无集成LED指示灯,根据外壳分类是否金属或塑料,有无金属弹片等,进行选型时需要清楚明了。 ESD保护芯片 在一些工业场景下环境恶略需要增添ESD保护器件,ESD器件一版放到靠近连接器位置,对于百兆以太网来说只需要4通道低结电电容器件,根据需要的静电等级进行型号选型。 网络变压器 网络变压器作用是:
网络变压器一般是由差模线圈,变压器以及中心抽头组成。如下示意: 其中初级中心抽头的接法需要根据PHY芯片来决定,电压驱动的就要接电源,电流驱动直接接个电容到地即可,是具体还要参看芯片的datasheet和参考设计了。 还需要注意的是有的变压器中间抽头是独立的有的是收发合并在一起的,设计的时候需要注意,为了防止初版硬件设计错误,可以兼容设计,如下所示: 变压器次级中心抽头使用Bob Smith电路来抑制共模噪音,利用75Ω和电容接地吸收共模能量,如上图原理图所示。 注意:有的RJ45 J已经内置了网络变压器,设计时特别注意下内部框图是如何连接的。 关于PCB Layout时,需要注意:
PHY Transceiver 作为以太网外围电路的核心器件,需要根据实际应用来选择合适的PHY芯片,基本选型指标如下:
根据指标选择芯片制造厂商PHY芯片,根据datasheet以及参考手册进行设计。常见的PHY芯片厂商: MAC Controller MAC端需要注意的就是使用什么接口,常见的MII/RMII/GMII/RGMII。 MII接口:
RMII:
晶体 晶体可以使用无源晶体以及有源晶振,50MHz应用中应使用有源晶振。需要保证晶体如下规格: 使用无源晶体时:
使用有源晶振时:
供电 根据PHY芯片Datasheet进行设计,如下参考:
状态指示灯 状态指示灯代表了网络连接速率状态,LED亮灭状态是由PHY芯片控制,没有标准定义,具体参考PHY Datasheet。 参考 |
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