Guide de conception du circuit Ethernet

Aperçu de l'architecture matérielle de l'interface Ethernet

Une interface matérielle Ethernet typique se compose des parties suivantes:

• CPU / MCU: Système de contrôle principal, responsable du traitement du protocole de couche supérieure.

• Mac (Contrôle d'accès multimédia): couche de contrôle d'accès des médias, gère l'encapsulation et la vérification des trames de données.

• Phy (couche physique): interface de couche physique, qui convertit la sortie du signal numérique par Mac en un signal électrique analogique.

• Transformateur de réseau (magnétique): Fournit l'isolement du signal, la résistance à l'interférence en mode commune et les fonctions de correspondance d'impédance.

• Interface RJ45: point de connexion physique, permettant la connexion avec Ethernet Physical Media.

À mesure que le niveau d'intégration augmente, de plus en plus de puces SOC (System on Chip) ont intégré Mac, et même certains ont intégré PHY, et les méthodes de conception sont constamment optimisées.

2. Analyse des composants clés

1. Phy chip

• Fonction: Convertissez le signal numérique de la couche MAC en signal analogique adapté à la transmission sur le câble réseau.

• Paramètres clés:

• Vitesse: 10/100 Mbps (100M), 1000 Mbps (1g).

• Type d'interface: MII / RMII / GMII (communication avec Mac).

• Distance de transmission: Gigabit Ethernet prend en charge la transmission de paires torsadées jusqu'à 100 mètres.

• Fonction spéciale: Certains chips Phy prennent en charge Poe (Power Over Ethernet).

(ii) Transformateur de réseau

• Fonction:

• Isolement électrique: bloque le composant CC entre PHY et RJ45 pour protéger la puce.

• Suppression de l'interférence en mode commun: réduit l'interférence électromagnétique externe (EMI).

• Association d'impédance: optimise la qualité de la transmission du signal.

(Iii) Interface RJ45

• 100m (100Base - TX): Seulement 2 paires (4 - noyau) de câbles de paire torsadés sont utilisés (1 - 2, 3 - 6 paires dans Cat5 ou des câbles de spécification supérieure), 1 paire est utilisée pour envoyer des données, 1 paire est utilisée pour recevoir des données et les 2 paires restantes ne sont pas utilisées.

• Gigabit (1000Base - T): Utilisez les 4 paires (8 conducteurs) de câble paire torsadé (Cat5e ou plus).

3. Points clés de la conception des PCB

1. Disposition globale

• Gardez-le aussi près de RJ45 que possible et raccourcissez la longueur de trace différentielle.

• Évitez d'autres lignes de signal ci-dessous pour éviter les interférences.

(Ii) Règles de routage de ligne différentielle (TX / RX)

• Correspondance de longueur égale (différence de longueur requise ≤ 5mil).

• Contrôle d'impédance (généralement l'impédance différentielle de 100Ω).

• Évitez le routage tranchant - angle pour réduire les réflexions du signal.

(Iii) Points clés du port réseau et de la conception de PCB du transformateur

• Isolement de tension résistive: la zone d'isolement au milieu du transformateur de réseau doit être suffisamment large pour garantir les exigences de tension avec la tenue. Phy et RJ45 doivent être sur différents plans de terre, et la disposition ou le routage des plans croisés est interdit.

• Traitement anti - interférence: toutes les couches en dessous du transformateur sont creusées pour empêcher le feu de cuivre inférieur d'introduire le bruit.

• Routage de ligne différentielle: hiérarchisez la couche inférieure, loin de la couche de sol de la coque du port réseau. L'impédance est recommandée pour être contrôlée à 100Ω ± 10% (non obligatoire mais recommandée).

• Grouille du boîtier: Le fil de mise à la terre du boîtier métallique du port réseau doit être épaissi pour assurer une connexion à faible - impédance.

4. Conception de protection contre l'interface

• Dispositifs de protection ESD:Utilisé pour empêcher les débits électrostatiques de nuire aux circuits ultérieurs.

• Dispositif de protection des surtensions:Utilisé pour empêcher la tension de surtension générée par les coups de foudre et d'autres facteurs d'endommager le circuit.

5. Analyse de cas d'application pratique

En prenant un dispositif d'automatisation industriel à titre d'exemple, sa conception d'interface Ethernet utilise une puce SOC qui intègre Mac et Phy et réalise une communication stable et fiable par la disposition et le routage raisonnables. Dans les applications réelles, l'appareil peut fonctionner de manière stable dans des environnements électromagnétiques complexes, répondant aux exigences élevées de l'automatisation industrielle pour la communication Ethernet.