以太网接口PCB设计经验分享
经典中的经典 以太网电接口采用UTP设计的EMC设计指导书
�以太网电接口采用UTP设计的EMC设计指导书
一、UTP(非屏蔽网线)的介绍
非屏蔽网线由两根具有绝缘保护层的铜导线组成,两根绝缘铜导线按照一定密度绞在一起,每一根导线在传输中辐射的电波会与另外一根的抵消,这样可降低信号的干扰程度。
用来衡量UTP的主要指标有:
1、衰减:就是沿链路的信号损失度量。
2、近端串扰:测量一条UTP链路对另一条的影响。
3、直流电阻。
4、衰减串扰比(ACR)。
5、电缆特性。
二、10/100/1000BASE-T以太网电接口原理图设计
10/100/1000BASE-T以太网口电路按照连接器的种类网口电路可以分为:网口变压器集成在连接器里的网口电路和网口变压器不集成在连接器里的网口电路。
1、网口变压器未集成在连接器里的网口电路原理图
网口电路主要包括PHY芯片,网口变压器,网口连接器三部分,图中左侧的八个49.9Ω的电阻是差分线上的终端匹配电阻,其阻值的大小由差分线的特性阻抗决定,当变压器内的线圈匝数发生变化时,其阻值也跟随变化,保证两者的阻抗匹配。由电容组成的差模、共模滤波器可以增强EMC性能。在线圈的中心抽头处接的电容可以有效的改善电路的抗EMC性能,合理的选择电容值可以使电路的EMC做到最优。电路的右侧四个75Ω的电阻是电路的共模阻抗。
2、网口变压器集成在连接器里的网口电路原理图
网口电路主要包括PHY芯片,网口连接器两部分,网口变压器部分集成在接口内部,同样左侧的49.9Ω的电阻阻值也是由变压器的匝数及差分线的特性阻抗决定的。中间的电容组成共模、差模滤波器,滤除共模及差模噪声。75Ω的共模电阻也集成在网口连接器的内部。
RJ45以太网口辐射设计总结
以太网口EMC设计总结
关键字:以太网口;EMI;Bob-Smith电路;共模;差模;网络变压器
问题背景介绍:
对于主要的100M网口接口需要做特殊的保护处理,具体要求需要达到6KV设计目标(10/700雷电模拟电压波),在设计雷击防护指标时候,遇到了网口的EMI问题,作者在调试过程中对传统bob-smith端接和防雷设计做了相关的工作,在此总结出来供以后网口辐射设计参考。
具体原理及步骤:
一、共模、差模信号及其噪声抑制
变压器、共模扼流圈和自耦变压器的端接法,对在局域网和通信接口电路中减小共模干扰起关键作用。共模噪音在用无屏蔽对绞电缆线的通信系统中,是引起射频干扰的主要因素,所以了解共模噪音将有利于更好地了解我们关心EMI问题。接下来阐述差模和共模信号的关键特性和共模扼流圈、自耦变压器端接法主要用途,以及为什么共模信号在无屏蔽对绞电缆线上会引起噪音发射。
1.1差/共模信号介绍
图1-1差模信号模型以及波形图
因为V1和V2对地是对称的,所以地线上没有电流流过。所有的差模电流(IDIFF)全流过负载,两个电压(V1+V2)瞬时值之和总是等于零。
图1-2共模信号模型以及波形图
因为在负载两端没有电位差,所以没有电流流过负载。所有的共模电流都通过电缆和地之间的寄生电容流向地线。两个电压瞬时值之和(V1+V2)不等于零。相对于地而言,每一电缆上都有变化的电位差,这变化的电位差就会从电缆上发射电磁波。
1.2电缆线上产生的共模、差模噪音及其EMC
电子设备中电缆线上的噪音有从电源电缆和信号电缆上产生的辐射噪音和传导噪音两大类。这两大类中又分为共模噪音和差模噪音两种。
以太网PCB布布线
以太网PCB布布线
————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期:
以太网PCB布局布线
我们现今使用的网络接口均为以太网接口,目前大部分处理器都支持以太网口。目前以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。目前我司产品的以太网接口类型主要采用双绞线的RJ45接口,且基本应用于工控领域,因工控领域的特殊性,所以我们对以太网的器件选型以及PCB设计相当考究。从硬件的角度看,以太网接口电路主要由MAC(Media Access Controlleroler)控制和物理层接口(Physical Layer,PHY)两大部分构成。大部分处理器内部包含了以太网MAC控制,但并不提供物理层接口,故需外接一片物理芯片以提供以太网的接入通道。面对如此复杂的接口电路,相信各位硬件工程师们都想知道该硬件电路如何在PCB上实现。
下图 1以太网的典型应用。我们的PCB设计基本是按照这个框图来布局布线,下面我们就以这个框图详解以太网有关的布局布线要点。
图 1 以太网典型应用
1. 图 2网口变压器没有集成在网口连接器里的参考电路PCB 布局、布线图,下面就以图 2介绍以太网电路的布局、布线需注意的要点。
图 2变压器没有集成在网口连接器的电路PCB布局、布线参
考
a) RJ45和变压器之间的距离尽可能的短,晶振远离接口、PCB 边缘和其他的高频设备、走线或磁性元件周围,PHY层芯片和变压器之间的距离尽可能短,但有时为了顾全整体布局,这一点可能比较难满足,但他们之间的距离最大约10~12cm,器件布局的原则是通常按照信号流向放置,切不可绕来绕去;
以太网EMC接口电路设计与PCB设计说明
以太网EMC接口电路设计及PCB设计
我们现今使用的网络接口均为以太网接口,目前大部分处理器都支持以太网口。目前以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。目前我司产品的以太网接口类型主要采用双绞线的RJ45接口,且基本应用于工控领域,因工控领域的特殊性,所以我们对以太网的器件选型以及PCB设计相当考究。从硬件的角度看,以太网接口电路主要由MAC(Media Access Controlleroler)控制和物理层接口(Physical Layer,PHY)两大部分构成。大部分处理器内部包含了以太网MAC控制,但并不提供物理层接口,故需外接一片物理芯片以提供以太网的接入通道。面对如此复杂的接口电路,相信各位硬件工程师们都想知道该硬件电路如何在PCB上实现。
下图1以太网的典型应用。我们的PCB设计基本是按照这个框图来布局布线,下面我们就以这个框图详解以太网有关的布局布线要点。
图1 以太网典型应用
1.图2网口变压器没有集成在网口连接器里的参考电路PCB布局、布线图,下面就以图2介绍以太网电路的布局、布线需注意的要点。
图2 变压器没有集成在网口连接器的电路PCB布局、布线参考
a)RJ45和变压器之间的距离尽可能的短,晶振远离接口、PCB边缘和其他的高频设备、走线或磁性元件周围,PHY层芯片和变压器之间的距离尽可能短,但有时为了
顾全整体布局,这一点可能比较难满足,但他们之间的距离最大约10~12cm,器件布局的原则是通常按照信号流向放置,切不可绕来绕去;
经典中的经典 以太网电接口采用UTP设计的EMC设计指导书
�以太网电接口采用UTP设计的EMC设计指导书
一、UTP(非屏蔽网线)的介绍
非屏蔽网线由两根具有绝缘保护层的铜导线组成,两根绝缘铜导线按照一定密度绞在一起,每一根导线在传输中辐射的电波会与另外一根的抵消,这样可降低信号的干扰程度。
用来衡量UTP的主要指标有:
1、衰减:就是沿链路的信号损失度量。
2、近端串扰:测量一条UTP链路对另一条的影响。
3、直流电阻。
4、衰减串扰比(ACR)。
5、电缆特性。
二、10/100/1000BASE-T以太网电接口原理图设计
10/100/1000BASE-T以太网口电路按照连接器的种类网口电路可以分为:网口变压器集成在连接器里的网口电路和网口变压器不集成在连接器里的网口电路。
1、网口变压器未集成在连接器里的网口电路原理图
网口电路主要包括PHY芯片,网口变压器,网口连接器三部分,图中左侧的八个49.9Ω的电阻是差分线上的终端匹配电阻,其阻值的大小由差分线的特性阻抗决定,当变压器内的线圈匝数发生变化时,其阻值也跟随变化,保证两者的阻抗匹配。由电容组成的差模、共模滤波器可以增强EMC性能。在线圈的中心抽头处接的电容可以有效的改善电路的抗EMC性能,合理的选择电容值可以使电路的EMC做到最优。电路的右侧四个75Ω的电阻是电路的共模阻抗。
2、网口变压器集成在连接器里的网口电路原理图
网口电路主要包括PHY芯片,网口连接器两部分,网口变压器部分集成在接口内部,同样左侧的49.9Ω的电阻阻值也是由变压器的匝数及差分线的特性阻抗决定的。中间的电容组成共模、差模滤波器,滤除共模及差模噪声。75Ω的共模电阻也集成在网口连接器的内部。
RJ45以太网口防雷设计总结
线过孔 < 表层走线 < 内层走线,因此当共模防护指标一定时,高压部分与低压部分的绝 缘距离应该为接地螺钉 > 电容、电阻焊盘 > 走线过孔 > 表层走线 > 内层走线。这是因
为螺钉整个为金属体,暴露面积比较大,容易成为放电通路。电容和电阻焊接两端表面为金
属,同时由于形状为长方体,有棱角,很容易形成尖端放电。过孔在网口部分有很多,表面
图 2 压敏电阻的原理图符号 压敏电阻是一种限压型保护器件。利用压敏电阻的非线性特性,当过电压出现在压敏电 阻的两极间,压敏电阻可以将电压钳位到一个相对固定的电压值,从而实现对后级电路的保 护。压敏电阻的主要参数有:压敏电压、通流容量、结电容、响应时间等。 压敏电阻的响应时间为 ns 级,比空气放电管快,比 TVS 管稍慢一些,一般情况下用于 电子电路的过电压保护其响应速度可以满足要求。压敏电阻的结电容一般在几百到几千 pF 的数量级范围,很多情况下不宜直接应用在高频信号线路的保护中,应用在交流电路的保护 中时,因为其结电容较大会增加漏电流,在设计防护电路时需要充分考虑。压敏电阻的通流 容量较大,但比气体放电管小。 3,电压钳位型瞬态抑制二极管(TVS)
高压 低压
PCB 走线 过孔
电阻焊盘
RJ45 连 接器管脚
推 断>2200V
――― ――
――― ――
PCB 走 线 推 断>2200V 推 断>2200V
几种典型接口电路(485)
典型接口电路EMC设计
一、以太网接口EMI设计
100M网口设计时必须设计Bob smith 电路:可以产生10dB的共模EMI衰减,为了更好的抑制共模信号通过线缆对外的辐射应注意下面几点:
1 、不用的RJ45管脚4 、5、7、8按下图的方法处理。
2 、物理芯片侧的变压器中心抽头需通过0.01uF-0.1uF的电容接地。
3 、物理芯片侧的差模电阻(收端)应等分为二(100分为两个49.9),中心点通过1000pF 电容接地。
以太网口Bob smith电路原理图
以82559为例说明网口设计PCB注意点,布局如下:
以太网口布局示意图
A、B要求尽量短,A不得超过1英寸,B可以根据实际情况放宽。接口变压器PCB设计如下:
以太网口变压器布局示意图
布局要求:
PCB布局示意图
布线要求:
1、变压器下面全部掏空处理,其余隔离带的宽度大于100mil;
2、连接器与隔离变压器之间距离小于1000mil;
3、晶振距离接口变压器和板边大于1000mil;
4、灯线不要走到变压器下面,并且尽量不要与差分信号线同层走线,如果同层走线,需要与差分信号线相距30mil以上;
5、差分信号线与变压器输出侧的过孔距离大于40mil。
二、以太网口的防护设计
加防护电路的设计:
增加防护器件电路原理图
以上器件选型要求:
1、变压器要选用隔离耐压3000Vac要求的。
2、气体放电管尽量选用3端气体放电管,启动电压为90V的;
3、TVS管选用SLV2.8-4;
三、485接口电路设计
对于出户外的485端口,进行如下设计,采取气体放电管加TVS管加限流电阻组合方式。选用90V陶瓷管(3R090)可承受10/700us,8KV雷击测试;64V固体管(P0640)只能承受10/700us,3KV雷击测试 。TVS的选择为P6KE6.8CA ,去耦电阻选择为10Ω/1W 。
以太网电接口EMC设计指导书
以太网电接口EMC设计指导书1000字
以太网是一种常用的局域网技术,用于连接网络上的设备,例如计
算机、服务器、路由器、交换机等等。以太网电接口的设计在EMC
方面较为重要,下面是一份以太网电接口EMC设计指导书,总长
1000字左右。
1. PCB设计
在PCB设计方面,需要关注的主要是地线的分布和走线。在走线上,要避免在信号线和电源线或地线上交错走线,应采用分层走线或穿
孔解决。此外,尽量缩短信号线与地线或电源线之间的距离,使其
形成一个尽可能小的环路。
2. PCB布局
以太网电接口在PCB上的布局也十分重要。布局应考虑分离敏感信
号和不敏感信号,将不同信号类别的器件分布在不同区域。同时,
要避免信号层与电源层(或地层)太过接近,应间隔至少一层其他层。
3. 地线
在以太网电接口中,地线的规划和布线是十分重要的。在PCB上,
应保持地面干净和光滑,避免短路和信号串扰。此外,应在地铺设
好装置引脚的直接连接,避免共振现象的发生,保持电抗联源。同时,要尽量减少地线的共同部分,以避免漏泄电流在不同层之间的
传播。
4. 滤波电容
为减少电磁干扰,在接口两端应布置抗搅扰滤波电容。在这里,应
选择滤波电容容值、材料以及其布线位置做好设计,以满足电磁兼
容要求。应将滤波电容放置在距离器件尽可能近的位置上,使其具
有最大的采样效果。
5. 接地端口
在接口的连接形式上,一般可以选用以太网连串和RJ45插座两种方案。在接地端口的连接上,应选取好质量较高的接地砂纸,确保连
接良好。
6. 电源供给
在以太网接口的设计中,应考虑并满足器件的电源供给要求。应选用超低噪声稳压器,以保证电源纹波的较低水平。在电源供给的接口布线上,要避免与信号线并行,对于高频分立器件,应将滤波电容布置在它们的电源引脚附近。
以太网接口PCB设计经验分享
以太网口PCB布线经验分享
目前大部分32位处理器都支持以太网口。从硬件的角度看,以太网接口电路主要由MAC 控制器和物理层接口(Physical Layer,PHY)两大部分构成,目前常见的以太网接口芯片,如LXT971、RTL8019、RTL8201、RTL8039、CS8900、DM9008等,其内部结构也主要包含这两部分。
一般32位处理器内部实际上已包含了以太网MAC控制,但并未提供物理层接口,因此,需外接一片物理层芯片以提供以太网的接入通道。
常用的单口10M/100Mbps高速以太网物理层接口器件主要有RTL8201、LXT971等,均提供MII接口和传统7线制网络接口,可方便的与CPU接口。以太网物理层接口器件主要功能一般包括:物理编码子层、物理媒体附件、双绞线物理媒体子层、10BASE-TX编码/解码器和双绞线媒体访问单元等。
下面以RTL8201为例,详细描述以太网接口的有关布局布线问题。
一、布局
1、RJ45和变压器之间的距离应当尽可能的缩短.
2、RTL8201的复位信号Rtset信号(RTL8201 pin 28)应当尽可能靠近RTL8021,并且,如果可能的话应当远离TX+/-,RX+/-, 和时钟信号。
3、RTL8201的晶体不应该放置在靠近I/O端口、电路板边缘和其他的高频设备、走线或磁性元件周围.
4、RTL8201和变压器之间的距离也应该尽可能的短。为了实际操作的方便,这一点经常被放弃。但是,保持Tx±, Rx±信号走线的对称性是非常重要的,而且RTL8201和变压器之间的距离需要保持在一个合理的范围内,最大约10~12cm。
以太网通信接口电路设计规范
以太网通信接口电路设计规范
1.通信标准选择:以太网通信接口电路设计应符合IEEE80
2.3标准,
并根据具体应用场景选择适当的以太网标准,如10BASE-T、100BASE-TX
或1000BASE-T。
2.电路布局设计:以太网通信接口电路布局应遵循信号完整性原则,
电源和地线应分开布局,采用合适的终端电阻和衰减器以减少信号反射和
串扰。电路板上的噪声源应尽量避开关键信号传输路径。
3.信号线设计:以太网通信接口电路应采用高速差分信号线传输数据,信号线的长度应尽量短,保持相同长度以减小信号延迟和失真。信号线的
阻抗应匹配传输线特性阻抗以确保信号传输的完整性。
4.EMI设计:以太网通信接口电路应采取合适的电磁干扰(EMI)抑
制措施,如添加滤波器、电源线柔性涂层和屏蔽罩等,以减少电磁辐射和
敏感器件对外界电磁干扰的敏感性。
5.電源设计:以太网通信接口电路设计应确保电源电压稳定,并避免
电源波动和噪声对接口电路的干扰。为了提高系统的稳定性和抗干扰能力,可以采用分离式电源或添加稳压电路等措施。
6.技术参数要求:以太网通信接口电路的设计应满足相关技术参数的
要求,如传输速率、最大传输距离、带宽等。设计人员应仔细考虑电路组
件的选型和参数设置,确保在实际应用中能够稳定可靠地工作。
7.抗干扰性能测试:以太网通信接口电路设计完成后,应进行抗干扰
性能测试,包括共模噪声、差模噪声和电磁干扰等方面的测试,以确保接
口电路可以在复杂的工作环境中正常工作。
8.安全性设计:以太网通信接口电路应考虑安全性设计,包括对传输
数据的加密和解密、身份验证、访问控制等安全措施的支持。
以太网接口电路电路设计
高速数据传
详细描述
该设计针对高速数据传输的应用需求,采用高速以太网协议,支持 高带宽的数据传输,适用于视频、音频等多媒体应用。
技术特点
采用高速差分信号传输技术,减小信号衰减和干扰;支持自适应速率 调节,适应不同网络环境;集成化设计,便于安装和维护。
案例二:低功耗以太网接口电路设计
总结词:节能环保
电路元件的选择与布局
元件选择
根据电路需求,选择合适 的元件,如以太网控制器、 电阻、电容、电感等。
元件布局
合理安排元件的位置,确 保电路板布局紧凑、美观, 同时便于元件之间的连接 和信号传输。
元件参数
核实元件的参数是否符合 电路需求,如耐压、电流 容量等。
电路布线与优化
信号线布设
根据电路原理和元件连接关系, 合理安排信号线的走向和宽度, 确保信号传输的稳定性和可靠性。
电路设计的重要性
功能性
能效性
以太网接口电路设计的好坏直接影响 到数据传输的稳定性和效率,是实现 可靠通信的关键。
在节能减排日益重要的背景下,电路 设计的能效性也显得尤为重要,能够 降低能耗,减少对环境的影响。
兼容性
良好的电路设计能够确保与各种不同 的以太网设备和标准之间的兼容性, 提高系统的互操作性和扩展性。
以太网接口电路电路设计
• 引言 • 以太网接口电路基础知识 • 以太网接口电路设计 • 电路测试与验证 • 实际应用与案例分析
在PCB电路板上如何实现以太网接口-华强pcb
在PCB电路板上如何实现以太网接口-华强pcb
上世纪70年代以太网诞生了,发展至如今我们对它并不陌生,浮现在现代化生活的每一个角落,或许正因它的无所不在让其带着神秘的色彩,今天我们将从其中一个角度揭开其神秘的面纱。
我们现今使用的网络接口均为以太网接口,目前大部分处理器都支持以太网口。目前以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。目前我司产品的以太网接口类型主要采用双绞线的RJ45接口,且基本应用于工控领域,因工控领域的特殊性,所以我们对以太网的器件选型以及PCB设计相当考究。从硬件的角度看,以太网接口电路主要由MAC(Media Access Controlleroler)控制和物理层接口(Physical Layer,PHY)两大部分构成。大部分处理器内部包含了以太网MAC控制,但并不提供物理层接口,故需外接一片物理芯片以提供以太网的接入通道。面对如此复杂的接口电路,相信各位硬件工程师们都想知道该硬件电路如何在PCB上实现。
下图1以太网的典型应用。我们的PCB设计基本是按照这个框图来布局布线,下面我们就以这个框图详解以太网有关的布局布线要点。
图 1 以太网典型应用
1. 图2网口变压器没有集成在网口连接器里的参考电路PCB布局、布线图,下面就以图2介绍以太网电路的布局、布线需注意的要点。
图2变压器没有集成在网口连接器的电路PCB布局、布线参考
a) RJ45和变压器之间的距离尽可能的短,晶振远离接口、PCB边缘和其他的高频设备、走线或磁性元件周围,PHY层芯片和变压器之间的距离尽可能短,但有时为了顾全整体布局,这一点可能比较难满足,但他们之间的距离最大约
rgmii pcb设计规则
rgmii pcb设计规则
RGMII(Reduced Gigabit Media Independent Interface)是一种常用于以太网物理层接口的标准,用于将以太网MAC层与PHY层之间的数据传输。在设计RGMII PCB时,需要遵循一些规则和准则,以确保电路板的性能和可靠性。本文将介绍一些常见的RGMII PCB 设计规则。
1. 时钟信号布线规则:
在RGMII接口中,时钟信号是非常重要的,因为它用于同步数据传输。时钟信号应该被视为差分信号,严格控制时钟和信号线的长度,以保持信号的完整性。时钟线应该尽量短,并使用相同的长度进行布线,以确保两个时钟边沿的到达时间一致。
2. 线长匹配规则:
在RGMII接口中,数据和时钟线应该尽量匹配长度,以确保数据传输的稳定性。在布线过程中,可以使用层间交叉和微调来调整线长,以确保所有信号线的长度相等或非常接近。
3. 差分对布局规则:
在RGMII接口中,数据线和时钟线都是差分信号对。为了减少信号的串扰和噪声干扰,应将差分信号对保持在一起,并且在布局时应遵循相同的规则。同时,差分对之间应保持足够的间距,以避免相互之间的干扰。
4. 地线布局规则:
在RGMII接口中,地线的布局非常重要。地线应该尽量短,而且应该与信号线和时钟线保持相等的长度。地线需要提供充足的回流路径,以确保信号的可靠传输和抑制噪声。
5. 终端电阻规则:
在RGMII接口中,终端电阻的布置和选择对信号完整性至关重要。终端电阻应与信号线和时钟线匹配,并且应正确选择阻值。通常,常用的终端电阻阻值为50欧姆。
基于FPGA的高速以太网接口设计和实现共3篇
基于FPGA的高速以太网接口设计和
实现共3篇
基于FPGA的高速以太网接口设计和实现1
以太网是广泛使用的局域网(LAN)标准,其速度和带宽都非常高,不断发展和改进以满足用户需求。在现代数据中心和云计算环境中,以太网已变得更加重要,因为它可以提供高速、低延迟和灵活性,使得多个系统之间的通信更加容易和高效。为了满足这些需求,FPGA成为了一种重要的硬件平台,通过实现高速以太网接口,提供灵活的网络连接。
FPGA是一种可编程的硬件平台,集成了大量的可编程逻辑单元和DSP 资源,可以快速实现各种电路和系统。基于FPGA的高速以太网接口设计具有以下优点:
1. 速度高:基于FPGA的以太网接口可以支持高达40Gbps的数据传输速度,远远快于传统的以太网接口。
2. 低延迟:FPGA内部的可编程逻辑单元可以实现更快的数据处理,并且可以在硬件层面提供更快的响应时间,从而降低网络延迟。
3. 灵活性:FPGA具有可编程性和可重构性,可以根据需要进行实时调整和修改。此外,FPGA可以通过工具链进行设计和优化,可适应各种硬件需求。
基于FPGA的高速以太网接口设计和实现需要经过以下步骤:
1. 设计FPGA电路:使用Verilog或VHDL等硬件描述语言实现电路设计和仿真。
2. 选取以太网MAC:选择适合特定应用场景的以太网MAC,例如10G、25G、40G等。
3. 实现FPGA电路:在FPGA开发板中实现电路设计,FPGA的GPIO口
可以与物理层器件、MAC等进行连接,形成完整的以太网接口。
4. 调试和测试:通过网络测试,验证以太网接口的工作状态和性能指
STM32F103的高速以太网接口设计
常用芯片
1、以太网PHY芯片
以太网PHY芯片负责将MAC控制器输出的信号转换为可以在双绞线上传输的信 号,同时将来自双绞线的信号转换为MAC控制器可以处理的信号。常用的PHY芯片 包括LAN8720A、RTL8201等。
2、网络芯片
网络芯片通常包括MAC控制器和PHY接口,以及一些辅助功能,如MII(Media Independent Interface)或RMII(Reduced Media Independent Interface) 接口、中断控制器等。常用的网络芯片包括LAN9118等。
实例分析
本节将以一个实际应用为例,介绍如何利用本次演示所述的设计方法,设计 高速以太网接口电路并实现相关功能。
假设设计一个基于STM32F103单片机的网络交换机,要求实现多个以太网接 口,支持100Mbps或1Gbps传输速率,并具有良好的兼容性和稳定性。
1、网络接口的配置首先,需要配置STM32F103单片机的MAC控制器和PHY接口。 具体配置过程可根据本次演示所述的设计思路进行。在此过程中,需要为每个网 络接口分配一个独立的缓冲区,并设置适当的中断处理函数。此外,还需根据实 际应用需求设置传输速率、双工模式等参数。
(4)合理设计信号线,保证信 号质量。
3、PCB布线
PCB布线是电路设计的关键环节,直接影响到信号质量和系统稳定性。在布 线过程中,应注意以下几点:
以太网EMC接口电路设计及PCB设计
以太网EMC接口电路设计及PCB设计
我们现今使用的网络接口均为以太网接口,目前大部分处理器都支持以太网口。目前以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。目前我司产品的以太网接口类型主要采用双绞线的RJ45接口,且基本应用于工控领域,因工控领域的特殊性,所以我们对以太网的器件选型以及PCB设计相当考究。从硬件的角度看,以太网接口电路主要由MAC(Media Access Controlleroler)控制和物理层接口(Physical Layer,PHY)两大部分构成。大部分处理器内部包含了以太网MAC控制,但并不提供物理层接口,故需外接一片物理芯片以提供以太网的接入通道。面对如此复杂的接口电路,相信各位硬件工程师们都想知道该硬件电路如何在PCB上实现。
下图1以太网的典型应用。我们的PCB设计基本是按照这个框图来布局布线,下面我们就以这个框图详解以太网有关的布局布线要点。
图1 以太网典型应用
1.图2网口变压器没有集成在网口连接器里的参考电路PCB布局、布线图,下面就以图2介绍以太网电路的布局、布线需注意的要点。
图2 变压器没有集成在网口连接器的电路PCB布局、布线参考
a)RJ45和变压器之间的距离尽可能的短,晶振远离接口、PCB边缘和其他的高频设备、走线或磁性元件周围,PHY层芯片和变压器之间的距离尽可能短,但有时为了顾全整体布局,这一点可能比较难满足,但他们之间的距离最大约10~12cm,器件布局的原则是通常按照信号流向放置,切不可绕来绕去;
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
以太网口PCB布线经验分享
目前大部分32 位处理器都支持以太网口。从硬件的角度看,以太网接口电路主要由
MAC 控制器和物理层接口(Physical Layer ,PHY )两大部分构成,目前常见的以太网接口
芯片,如LXT971 、RTL8019 、RTL8201、RTL8039、CS8900、DM9008 等,其内部结构也
主要包含这两部分。
一般32 位处理器内部实际上已包含了以太网MAC 控制,但并未提供物理层接口,因此,需外接一片物理层芯片以提供以太网的接入通道。
常用的单口10M/100Mbps 高速以太网物理层接口器件主要有RTL8201、LXT971 等,均提供MII 接口和传统7 线制网络接口,可方便的与CPU 接口。以太网物理层接口器件主
要功能一般包括:物理编码子层、物理媒体附件、双绞线物理媒体子层、10BASE-TX 编码/ 解码器和双绞线媒体访问单元等。
下面以RTL8201 为例,详细描述以太网接口的有关布局布线问题。
一、布局
CPU
M
A RTL8201
TX ±
变
压
RJ45
网口
器
C
RX±
1、RJ45和变压器之间的距离应当尽可能的缩短.
2、RTL8201的复位信号Rtset 信号(RTL8201 pin 28 )应当尽可能靠近RTL8021,并且,如果可能的话应当远离TX+/-,RX+/-, 和时钟信号。
3、RTL8201的晶体不应该放置在靠近I/O 端口、电路板边缘和其他的高频设备、走线或磁性
元件周围.
4、RTL8201和变压器之间的距离也应该尽可能的短。为了实际操作的方便,这一点经常被放弃。但是,保持Tx±, Rx±信号走线的对称性是非常重要的,而且RTL8201和变压器之间的距离需要保持在一个合理的范围内,最大约10~12cm。
5、Tx+ and Tx- (Rx+ and Rx-) 信号走线长度差应当保持在2cm之内。
二、布线
1、走线的长度不应当超过该信号的最高次谐波( 大约10th) 波长的1/20 。例如:25M的时钟走线不应该超过30cm,125M信号走线不应该超过12cm (Tx ±, Rx ±) 。
2、电源信号的走线( 退耦电容走线, 电源线, 地线) 应该保持短而宽。退耦电容上的过孔直径
最好稍大一点。
3、每一个电容都应当有一个独立的过孔到地。
4、退耦电容应当放在靠近IC的正端(电源),走线要短。每一个RTL8201 模拟电源端都需要退耦电容(pin 32, 36, 48). 每一个RTL8201 数字电源最好也配一个退耦电容。
5、Tx±, Rx ±布线应当注意以下几点:
(1)Tx+, Tx- 应当尽可能的等长,Rx+, Rx- s 应当尽可能的等长;
(2) Tx±和Rx±走线之间的距离满足下图:
(3) Rx±最好不要有过孔, Rx ±布线在元件侧等。
三、电源和地层的连接
1、对与Power/GND 层的分割,没有一个绝对的尺度来参考;对于信号/ 电源/ 总线的布线
也是如此。
2、RTL8201的数字地引脚应该通过过孔连接到数字地层,RTL8201的模拟地和Tx±/Rx±外
围电路地应当连接到模拟地层。
数字地: 除了模拟地之外的RTL8201所有GND引脚;
数字电源:除了模拟电源之外的RTL8201所有VDD引脚;
模拟地:29, 35, 45
模拟电源:32, 36, 48
3、变压器的两边需要割地:即RJ45连接座和变压器的次级线圈(和RJ-45座项连接的一侧)用单独的隔离地。在这个隔离区域下没有电源和接地层存在。变压器两侧割地如图所示
4、从以太网物理层接口器件过来的信号接往RJ45 网口插座时需要注意:金属机壳以及与
印制板相连的金属前面板应与印制板内部电路(包括信号和地线层)隔离至少5mm以上,印制板静电电流泄放通路的地应优先选择机壳地,板上的金属部件和金属接插件能就近接机壳
的应就近接机壳,无法就近接机壳的接静电保护地环或工作地, 工作地应是大面积的地层。
四、其他与模拟性能有关的方面
1、模拟地引脚(29, 35, 45) 必须位是一个好的接地回路,因此为了避免使用单独的终端地,
扩大模拟地层,并使模拟电路的返回电流尽可能的返回到真正得GND,这在2-layer's 布局中尤其重要。
2、考虑到EMI,如果你发现当从MII 接口读写时EMI问题有点严重,你最好在系统GND-Power 层间增加退耦电容(0.047uf, 22uf )。
3、当用25Mhz晶体作为时钟源时,更应当注意晶体的规格,请参阅附带的晶体参数。当使用晶体时,应当在X1和X2脚连接2个规格匹配的电容。
4、当采用25Mhz的晶振作时钟源时,避免在时钟线上连接任何电容。
5、所有的模拟电源引脚(pin 32, 36, 48) 需要连接一个磁珠,这些引脚应当像原理图中建
议的进行退耦,对pin 48 更应当注意。这些磁珠应当靠近RTL8201放置。
6、当采用5V -> 3.3V 变换时,调节器的额定电流应当不小于300mA。
公务接口
公务接口就是一般意义上的电话口,电话口一般包括如下电路单元:铃流产生电路(RINGER )、话机用户接口芯片电路(SLIC )、语言电路(CODEC )。如下图所示:
TIP
SLIC
R INGER
线路RING 用户接口
芯片
控制系统和其
它电路Telephone
保护点
CODEC
电话口的功能有两个:
(1)在有电话呼入本点时,向话机馈送一个交流的铃流信号,使电话机能振铃。
(2)通话时,作为话音接口,负责传递话音和电话机的DTMF 信号。
需要引起重视的一个信号是铃流信号,按照国家通信行业标准,铃流产生电路输出的铃
流信号是一个电压额定值为75V±5V 、频率为10~55HZ 的交流信号。虽然我们的公务板在
设计和使用铃流产生电路时,会对电压做一定的降压处理,但是对于公务板而言,这个铃流输出信号是比较高的电压,而且由于我们使用的铃流信号产生电路很多时候输出并不是一个
规则正弦信号,导致输出信号在频域上表现为多种信号的叠加。这样铃流信号对周边信号的
干扰问题就比较突出。
具体总结起来,PCB 布线时,重要考虑两个方面:
(1)用户线防雷和保护。
(2)EMC方面的处理,尤其是防止电话口信号干扰其他信号。
用户线的防雷:用户线可能处于室外,环境恶劣,可能由于雷击等原因造成OW 板电路损坏,因此,必须在用户接口部分加装瞬态电压抑制器件或其它类似的保护器件,PCB 布线时,一定要按照一定器件的排列次序布局。如下图所示,PTC 的布局要靠近电话口,TVS 在PTC 后面。这个次序是不能随便变更的。
EMC方面的处理,尤其是防止电话口信号干扰其他信号:由于电话口信号有比较高的电
压,超过48V,对于板内主要为 3.3V 的信号而言,这样的高压信号很容易干扰其他弱信号,