上世纪70年代以太【tài】网诞生了，发展至如【rú】今我们对它并不陌生，浮现在现代化生活【huó】的每一个角落，或许正因【yīn】它【tā】的无所不在【zài】让其带着神【shén】秘【mì】的【de】色彩，今天我【wǒ】们将从其中【zhōng】一个角度揭开其神【shén】秘【mì】的面纱。

　　我们现今使用的网络接口均为以太网接口，目前大部分【fèn】处【chù】理器都支持以太网口。目前以【yǐ】太网按照速率主要包括10M、10/100M、1000M三种接口，10M应用已经很少，基本为10/100M所代替【tì】。目前我司产品【pǐn】的以太【tài】网接口类【lèi】型主【zhǔ】要采用双绞线的RJ45接口，且基本应用于工控【kòng】领域，因工控领域的特殊性【xìng】，所【suǒ】以【yǐ】我【wǒ】们对以太网的器件选型以及PCB设计相【xiàng】当考究。从【cóng】硬【yìng】件的角度看，以太网接口电路主要由MAC(Media Access Controlleroler)控【kòng】制和物理【lǐ】层【céng】接口【kǒu】(Physical Layer，PHY)两大部分构成。大部分处理【lǐ】器内部包含了以【yǐ】太【tài】网MAC控制【zhì】，但并不【bú】提供物【wù】理层【céng】接口，故需外接【jiē】一片【piàn】物理芯片以提供以太网的接【jiē】入通道。面【miàn】对如此复杂【zá】的接口电路【lù】，相信各【gè】位硬件工【gōng】程师们【men】都想知道该硬件电路如【rú】何在PCB上实现。

　　下图 1以太【tài】网的【de】典型应【yīng】用。我们【men】的PCB设计基本是按【àn】照这个框【kuàng】图来布局布线，下面我们就以这个框【kuàng】图【tú】详解以【yǐ】太网有关的【de】布局布线要【yào】点。

　　图 1 以太网典型应用

　　1. 图【tú】 2网口变【biàn】压【yā】器没有集成在网口连接器里【lǐ】的参考电路PCB布【bù】局、布【bù】线【xiàn】图，下面就以图 2介【jiè】绍以太【tài】网电路的布局、布线需注意的要【yào】点。

　　图【tú】 2变压器没有集成【chéng】在网口连【lián】接器的【de】电路PCB布局、布线【xiàn】参考

　　a) RJ45和变压器之间【jiān】的【de】距【jù】离尽【jìn】可能的短，晶振【zhèn】远离接口、PCB边缘和【hé】其他的高频设备、走线或磁性元件周围，PHY层芯片【piàn】和变压【yā】器之【zhī】间的距【jù】离尽可【kě】能短，但有时为了顾全整体【tǐ】布局，这一点可能比较难满足，但他们之间的距离【lí】最大约10~12cm，器件布【bù】局的【de】原则是通【tōng】常按【àn】照【zhào】信号流向放【fàng】置，切不可【kě】绕来【lái】绕去;

　　b) PHY层芯片的电源滤波【bō】按【àn】照【zhào】要芯片要求设计，通常每个【gè】电源端都需放置一个【gè】退耦【ǒu】电容【róng】，他【tā】们可以【yǐ】为信号提供一个低阻抗通【tōng】路，减小电源和地平面间的谐【xié】振，为了让【ràng】电容起【qǐ】到【dào】去耦和【hé】旁路的作用【yòng】，故要保证退耦和【hé】旁路电容由电容、走线、过孔【kǒng】、焊盘组【zǔ】成【chéng】的环路面积尽量小，保【bǎo】证引线【xiàn】电感尽量小;

　　c) 网口变压【yā】器PHY层【céng】芯片侧中心抽【chōu】头对【duì】地的滤【lǜ】波电容要【yào】尽量靠近变压器管脚，保【bǎo】证引线最短，分【fèn】布电感最小;

　　d) 网口变【biàn】压器接口【kǒu】侧【cè】的共模电阻和高【gāo】压电容靠近中【zhōng】心抽头放置，走线【xiàn】短而粗(≥15mil);

　　e) 变压器的两边需要割地：即RJ45连接座和变压器的【de】次级线圈用单【dān】独的【de】隔离地，隔离【lí】区域100mil以上，且在这个隔离区域下没有【yǒu】电源【yuán】和地【dì】层存在【zài】。这样做分割【gē】处理【lǐ】，就是为了达到初、次【cì】级的隔离【lí】，控制源端的干扰通过参考平【píng】面耦【ǒu】合到【dào】次级;

　　f) 指示灯的电源线和驱动【dòng】信【xìn】号线相【xiàng】邻走线，尽量减小环路面积。指示灯和差分线要进行【háng】必【bì】要【yào】的隔【gé】离，两者要保证【zhèng】足够的距离，如【rú】有【yǒu】空间可用GND隔开;

　　g) 用于连接GND和PGND的【de】电阻【zǔ】及电容需【xū】放置地分【fèn】割区【qū】域。

　　2. 以太网的信号线是以【yǐ】差【chà】分【fèn】对(Rx±、Tx±)的形【xíng】式存在，差分线【xiàn】具有很强共模抑制能力，抗干扰能力强，但是【shì】如果【guǒ】布线不当【dāng】，将会【huì】带来严重的信号完整性问题。下面【miàn】我们【men】来【lái】一一介绍差分线的处理要点：

　　a) 优先绘【huì】制Rx±、Tx±差分对【duì】，尽量【liàng】保持差分对平行、等长、短距，避【bì】免过孔、交叉。由于管脚分布、过【guò】孔、以及【jí】走线【xiàn】空间【jiān】等因【yīn】素存在使得差分线长易不匹配，时序会发生偏移【yí】，还会引入共模【mó】干扰，降低信号【hào】质量。所以，相【xiàng】应的要对差分对不【bú】匹【pǐ】配的情况作【zuò】出补偿，使其线长匹配，长度【dù】差通常控【kòng】制在5mil以内【nèi】，补偿原则【zé】是哪【nǎ】里出现长度差补偿哪里【lǐ】;

　　b) 当速度【dù】要求高时需对Rx±、Tx±差分对进行阻抗控制，通【tōng】常【cháng】阻抗控制在100Ω±10%;

　　c) 差分信【xìn】号终端【duān】电【diàn】阻(49.9Ω，有的PHY层芯片【piàn】可能没有)必须靠近PHY层【céng】芯【xīn】片的Rx±、Tx±管【guǎn】脚放置，这样能更好【hǎo】的消除通信电缆【lǎn】中的信号反射;

　　d) 差分线【xiàn】对上的滤波【bō】电容必【bì】须对称放置，否则差【chà】模可能转成共模，带来共模噪声【shēng】，且【qiě】其走线时【shí】不能有stub ，这【zhè】样【yàng】才能对高频【pín】噪声有良好的抑制能力。

　　3. 变压器集成在连接器的以太网电路的【de】PCB布局【jú】、布【bù】线较不集成的相对简单【dān】很多，下图 3是【shì】采用一体化连接器的网【wǎng】口【kǒu】电路的PCB布局、布线参【cān】考图：

　　图 3一体化连接器的网口PCB布局、布线参考图

　　从【cóng】上【shàng】图可以看出，图【tú】 3和图 1的【de】不同之处在于少了网口【kǒu】变压【yā】器，其它大【dà】体相同。不同【tóng】之处【chù】主要体现在网口变【biàn】压器已集成至连接器【qì】里，所【suǒ】以地平面无需进行分割处【chù】理，但我【wǒ】们依然需【xū】要将一体化连机【jī】器【qì】的外壳连【lián】接到连续【xù】的地平面上。

　　以【yǐ】太网布【bù】局【jú】布线【xiàn】方面的要大致就这些，好【hǎo】的PCB布局布线不仅【jǐn】可【kě】以保【bǎo】证电路性能，还可以提高电路性【xìng】能，笔者水平有限，不【bú】足之处欢迎指【zhǐ】正交流。