以太网PHY无变压器设计原理

以以太网太网 PHY 无变压器无变压器 设计方法与原理设计方法与原理 目录目录 1 引言引言 3 2 工作原理工作原理 3 3 硬件设计及相关参数计算硬件设计及相关参数计算 4 3 1 隔直电容的选择 4 3 2 地平面的处理 4 3 3 单板布局布线要求 4 4 参考资料参考资料 5 1 引言引言 在传统的以太网交换产品设计中 以太网 PHY 后面通常会接一个 1 1 的变 压器 主要用于信号隔离 阻抗匹配 抑制干扰等 但是由于以太网变压器的 体积较大 并且会增加系统的总成本 而采用电容耦合的方式则会给设计者带 来很多好处 本文主要讨论以太网 PHY 中采用电容耦合方式的工作原理及设计 注意事项等 2 工作原理工作原理 通常情况下 信号的耦合方式可分为直流耦合和交流耦合 但是 由于以 太网 PHY 出来的信号为差分信号 两个以太网 PHY 芯片的地可能没有连在一起 存在一定的电位差 为了降低两个以太网 PHY 之间的共模电压差对整个系统造 成的影响 采用直流耦合方式显然不合适 因此一般采用交流耦合 目前通用的以太网 PHY 芯片驱动方式主要分为两种 电流型 电压型 如 果采用电压型驱动方式 则不需外部馈电给 PHY 内部的驱动器 如果采用电流 型驱动 则需外部馈电 具体是哪种驱动方式 需要仔细阅读芯片手册 以 BCM53118 和 BCM5464 为例 BCM53118 的内部 PHY 采用电压驱动方式 而 BCM5464 的内部 PHY 采用电流驱动方式 因此 当两个 PHY 对联时 BCM5464 需要外部馈电给内部的驱动器 即通过外部上拉电阻提供电流到内部 驱动器 详细连接图见图一所示 图一 BCM53118 与 BCM5464 连接图 对于百兆交换 PHY 的连接 原理和千兆交换类似 以 BCM53202 和 LXT972 为例 BCM53202 和 LXT972 内部的 PHY 均采用电流驱动的方式 因此需要外部 馈电给内部的驱动器 即通过外部上拉电阻提供电流到内部驱动器 详细连接 见图二所示 另外 在实际的电路设计中 最好将其中一片 PHY 芯片的差分数据发送端 直接连接到另外一片 PHY 的差分数据接收端 这样可以提高两片 PHY 建立 LINK 状态的效率 让两片 PHY 快速进入工作模式 图二 BCM53202 与 LXT972 连接图 3 硬件设计及相关参数计算硬件设计及相关参数计算 3 1 隔直电容的选择隔直电容的选择 电容的计算公式 C 1 2 pi F R 通常情况下 以太网物理层的数据内容频率范围 在 40KHz 以下 按照 Broadcom 提供的资料 0 1uF 的电容是比较合适的 另外 电容在 PCB 板上的具体位置没有强制性的要求 即电容位置的改变不会对其信号质量造成影响 在应用中可以根据单板实际情况放置 3 2 地平面的处理地平面的处理 由于新的连接方式采用电容耦合方式 并且两个 PHY 之间的参考地为同一个系统地 因此在设计过程中不需要对地进行分割 3 3 单板布局布线要求单板布局布线要求 差分信号中的发送和接收信号匹配电阻应靠近 PHY 芯片 所有以太网差分信号走线的差分阻抗最好能控制在 100 10 所有走线应该有完整的参考平面 为了降低串扰 每对差分线之间走线间距需满足 3W 原则 为了降低 EMI 干扰 PCB 上应避免跨分割走线 差分对组内走线应该尽量保持等长 误差控制在 20mil 内 4 参考资料参考资料清单清单 10 100 1000 over Backplanesok1 ppt Broadcom 53118 AN101