上(shàng)世紀70年代以太網誕生(shēng)了，發展至如今我們對它并不陌生(shēng)，浮現在現代化生(shēng)活的每一個(gè)角落，或許正因它的無所不在讓其帶着神秘的色彩，今天我們将從其中一個(gè)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(dà)部分處理(lǐ)器(qì)都支持以太網口。目前以太網按照速率主要包括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采用雙絞線的RJ45接口，且基本應用于工控領域，因工控領域的特殊性，所以我們對以太網的器(qì)件選型以及PCB設計(jì)相當考究。從硬件的角度看，以太網接口電(diàn)路主要由MAC(Media Access Controlleroler)控制(zhì)和(hé)物理(lǐ)層接口(Physical Layer，PHY)兩大(dà)部分構成。大(dà)部分處理(lǐ)器(qì)內(nèi)部包含了以太網MAC控制(zhì)，但(dàn)并不提供物理(lǐ)層接口，故需外接一片物理(lǐ)芯片以提供以太網的接入通(tōng)道(dào)。面對如此複雜的接口電(diàn)路，相信各位硬件工程師(shī)們都想知道(dào)該硬件電(diàn)路如何在PCB上(shàng)實現。

　　下圖 1以太網的典型應用。我們的PCB設計(jì)基本是按照這個(gè)框圖來(lái)布局布線，下面我們就以這個(gè)框圖詳解以太網有(yǒu)關的布局布線要點。

　　圖 1 以太網典型應用

　　1. 圖 2網口變壓器(qì)沒有(yǒu)集成在網口連接器(qì)裏的參考電(diàn)路PCB布局、布線圖，下面就以圖 2介紹以太網電(diàn)路的布局、布線需注意的要點。

　　圖 2變壓器(qì)沒有(yǒu)集成在網口連接器(qì)的電(diàn)路PCB布局、布線參考

　　a) RJ45和(hé)變壓器(qì)之間(jiān)的距離盡可(kě)能的短(duǎn)，晶振遠離接口、PCB邊緣和(hé)其他的高(gāo)頻設備、走線或磁性元件周圍，PHY層芯片和(hé)變壓器(qì)之間(jiān)的距離盡可(kě)能短(duǎn)，但(dàn)有(yǒu)時(shí)為(wèi)了顧全整體(tǐ)布局，這一點可(kě)能比較難滿足，但(dàn)他們之間(jiān)的距離最大(dà)約10~12cm，器(qì)件布局的原則是通(tōng)常按照信号流向放置，切不可(kě)繞來(lái)繞去;

　　b) PHY層芯片的電(diàn)源濾波按照要芯片要求設計(jì)，通(tōng)常每個(gè)電(diàn)源端都需放置一個(gè)退耦電(diàn)容，他們可(kě)以為(wèi)信号提供一個(gè)低(dī)阻抗通(tōng)路，減小(xiǎo)電(diàn)源和(hé)地平面間(jiān)的諧振，為(wèi)了讓電(diàn)容起到去耦和(hé)旁路的作(zuò)用，故要保證退耦和(hé)旁路電(diàn)容由電(diàn)容、走線、過孔、焊盤組成的環路面積盡量小(xiǎo)，保證引線電(diàn)感盡量小(xiǎo);

　　c) 網口變壓器(qì)PHY層芯片側中心抽頭對地的濾波電(diàn)容要盡量靠近變壓器(qì)管腳，保證引線最短(duǎn)，分布電(diàn)感最小(xiǎo);

　　d) 網口變壓器(qì)接口側的共模電(diàn)阻和(hé)高(gāo)壓電(diàn)容靠近中心抽頭放置，走線短(duǎn)而粗(≥15mil);

　　e) 變壓器(qì)的兩邊需要割地：即RJ45連接座和(hé)變壓器(qì)的次級線圈用單獨的隔離地，隔離區(qū)域100mil以上(shàng)，且在這個(gè)隔離區(qū)域下沒有(yǒu)電(diàn)源和(hé)地層存在。這樣做(zuò)分割處理(lǐ)，就是為(wèi)了達到初、次級的隔離，控制(zhì)源端的幹擾通(tōng)過參考平面耦合到次級;

　　f) 指示燈的電(diàn)源線和(hé)驅動信号線相鄰走線，盡量減小(xiǎo)環路面積。指示燈和(hé)差分線要進行(xíng)必要的隔離，兩者要保證足夠的距離，如有(yǒu)空(kōng)間(jiān)可(kě)用GND隔開(kāi);

　　g) 用于連接GND和(hé)PGND的電(diàn)阻及電(diàn)容需放置地分割區(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(yǒu)很(hěn)強共模抑制(zhì)能力，抗幹擾能力強，但(dàn)是如果布線不當，将會(huì)帶來(lái)嚴重的信号完整性問題。下面我們來(lái)一一介紹差分線的處理(lǐ)要點：

　　a) 優先繪制(zhì)Rx±、Tx±差分對，盡量保持差分對平行(xíng)、等長、短(duǎn)距，避免過孔、交叉。由于管腳分布、過孔、以及走線空(kōng)間(jiān)等因素存在使得(de)差分線長易不匹配，時(shí)序會(huì)發生(shēng)偏移，還(hái)會(huì)引入共模幹擾，降低(dī)信号質量。所以，相應的要對差分對不匹配的情況作(zuò)出補償，使其線長匹配，長度差通(tōng)常控制(zhì)在5mil以內(nèi)，補償原則是哪裏出現長度差補償哪裏;

　　b) 當速度要求高(gāo)時(shí)需對Rx±、Tx±差分對進行(xíng)阻抗控制(zhì)，通(tōng)常阻抗控制(zhì)在100Ω±10%;

　　c) 差分信号終端電(diàn)阻(49.9Ω，有(yǒu)的PHY層芯片可(kě)能沒有(yǒu))必須靠近PHY層芯片的Rx±、Tx±管腳放置，這樣能更好的消除通(tōng)信電(diàn)纜中的信号反射;

　　d) 差分線對上(shàng)的濾波電(diàn)容必須對稱放置，否則差模可(kě)能轉成共模，帶來(lái)共模噪聲，且其走線時(shí)不能有(yǒu)stub ，這樣才能對高(gāo)頻噪聲有(yǒu)良好的抑制(zhì)能力。

　　3. 變壓器(qì)集成在連接器(qì)的以太網電(diàn)路的PCB布局、布線較不集成的相對簡單很(hěn)多(duō)，下圖 3是采用一體(tǐ)化連接器(qì)的網口電(diàn)路的PCB布局、布線參考圖：

　　圖 3一體(tǐ)化連接器(qì)的網口PCB布局、布線參考圖

　　從上(shàng)圖可(kě)以看出，圖 3和(hé)圖 1的不同之處在于少(shǎo)了網口變壓器(qì)，其它大(dà)體(tǐ)相同。不同之處主要體(tǐ)現在網口變壓器(qì)已集成至連接器(qì)裏，所以地平面無需進行(xíng)分割處理(lǐ)，但(dàn)我們依然需要将一體(tǐ)化連機器(qì)的外殼連接到連續的地平面上(shàng)。

　　以太網布局布線方面的要大(dà)緻就這些(xiē)，好的PCB布局布線不僅可(kě)以保證電(diàn)路性能，還(hái)可(kě)以提高(gāo)電(diàn)路性能，筆者水(shuǐ)平有(yǒu)限，不足之處歡迎指正交流。