以太网PHY无变压器设计原理

精品文档以太网PHY无变压器设计方法与原理目录1 引言32 工作原理33 硬件设计及相关参数计算43.1 隔直电容的选择43.2 地平面的处理43.3 单板布局布线要求44 参考资料51 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 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3.1 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 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 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10010%； 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 参考资料清单10-100-1000 over Backplanesok1.ppt- Broadcom53118-AN101-RDS.pdf-Broadcom BCM53118-DS05-RDS.pdf-BroadcomBCM5464S-DS07-