Ethernet Circuit Design Guide

Überblick über die Hardwarearchitektur von Ethernet Interface

Eine typische Ethernet -Hardware -Schnittstelle besteht aus den folgenden Teilen:

• CPU/MCU: Hauptsteuerungssystem, verantwortlich für die obere - Schichtprotokollverarbeitung.

• MAC (Medienzugriffskontrolle): Medienzugriffskontrollschicht, die Einkapselung und Überprüfung von Datenrahmen.

• PHY (physikalische Schicht): Schnittstelle zur physischen Schicht, die den digitalen Signalausgang durch MAC in ein analoges elektrisches Signal umwandelt.

• Netzwerktransformator (Magnetik): Bietet Signalisolierung, Common -Modus -Interferenzwiderstand und Impedanz -Matching -Funktionen.

• RJ45 -Schnittstelle: Physischer Verbindungspunkt, der die Verbindung zu Ethernet -physischen Medien ermöglicht.

Mit zunehmender Integrationsstufe haben immer mehr SOC (System on Chip) Chips integriert, und sogar einige haben integriert, und die Entwurfsmethoden werden ständig optimiert.

2. Analyse der Schlüsselkomponenten

1. Phy Chip

• Funktion: Konvertieren Sie das digitale Signal der MAC -Schicht in ein analoges Signal, das für die Übertragung über das Netzwerkkabel geeignet ist.

• Schlüsselparameter:

• Geschwindigkeit: 10/100 Mbit/s (100 m), 1000 Mbit/s (1 g).

• Schnittstellentyp: MII/RMII/GMII (Kommunikation mit MAC).

• Übertragungsabstand: Gigabit -Ethernet unterstützt eine verdrehte Paarübertragung von bis zu 100 Metern.

• Spezielle Funktion: Einige Phy -Chips unterstützen POE (Power Over Ethernet).

(ii) Netzwerktransformator

• Funktion:

• Elektrische Isolierung: Blockiert die DC -Komponente zwischen Phy und RJ45, um den Chip zu schützen.

• Unterdrückung der gemeinsamen Modus -Interferenz: Reduziert die externe elektromagnetische Interferenz (EMI).

• Impedanzübereinstimmung: Optimiert die Qualität der Signalübertragung.

(Iii) RJ45 -Schnittstelle

• 100 m (100Base - TX): Es werden nur 2 Paare (4 - Kern) von verdrehten - Paarkabeln verwendet (1 - 2, 3 - 6 Paare in Cat5- oder höheren Spezifikationskabeln). 1 Paar wird zum Senden von Daten verwendet, 1 Paar wird zum Empfangen von Daten verwendet, und die restlichen 2 Paare werden nicht verwendet.

• Gigabit (1000Base - T): Verwenden Sie alle 4 Paare (8 Leiter) des verdrehten - Paarkabels (Cat5e oder höher).

3. Schlüsselpunkte des PCB -Designs

1. Gesamtlayout

• Halten Sie es so nah wie möglich an RJ45 und verkürzen Sie die Differentialspurenlänge.

• Vermeiden Sie unten andere Signallinien, um Störungen zu verhindern.

(Ii) Routing -Regeln der Differentiallinie (TX/RX)

• Gleiche Länge Matching (Längendifferenz erforderlich ≤ 5 Mio.).

• Impedanzkontrolle (typischerweise 100 Ω Differentialimpedanz).

• Vermeiden Sie scharfe - Winkelrouting, um Signalreflexionen zu reduzieren.

(Iii) Schlüsselpunkte des Netzwerk -Port- und Transformator -PCB -Designs

• Spannungsspannungsisolation: Der Isolationsbereich in der Mitte des Netzwerktransformators muss breit genug sein, um die Spannungsanforderungen zu erfüllen. Phy und RJ45 müssen sich in verschiedenen Bodenebenen befinden, und Cross - Flugzeuglayout oder Routing ist verboten.

• Anti - Interferenzverarbeitung: Alle Schichten unterhalb des Transformators werden ausgehöhlt, um zu verhindern, dass die Bodenkupferfolie Geräusche einführt.

• Differentialleitungsrouting: Priorisieren Sie die untere Schicht, weg von der Bodenschicht der Netzwerkanschluss. Es wird empfohlen, dass die Impedanz bei 100 € ± 10% gesteuert werden kann (nicht obligatorisch, aber empfohlen).

• Gehäuse Erdung: Der Erdungsdraht des Metallgehäuses des Netzwerksanschlusses muss eingedickt werden, um eine niedrige Impedanzverbindung zu gewährleisten.

4. Schnittstellenschutzdesign

• ESD -Schutzgeräte:Wird verwendet, um zu verhindern, dass die elektrostatische Entladung nach nachfolgenden Schaltungen schädigt.

• Schleifschutzgerät:Wird verwendet, um die durch Blitzschläge und andere Faktoren erzeugte Überspannungsspannung zu verhindern, die Schaltung zu beschädigen.

5. Analyse der praktischen Anwendung Fall

Wenn Sie ein industrielles Automatisierungsgerät als Beispiel aufnehmen, verwendet das Ethernet -Schnittstellendesign einen SOC -Chip, der Mac und Phy integriert und durch angemessenes Layout und Routing eine stabile und zuverlässige Kommunikation erreicht. In den tatsächlichen Anwendungen kann das Gerät stabil in komplexen elektromagnetischen Umgebungen arbeiten und die hohen Anforderungen der industriellen Automatisierung für die Ethernet -Kommunikation erfüllen.