以太网PHY无变压器设计原理

以太网phy 无变压器设计方法与原理目录1引言.22工作原理.33硬件设计及相关参数计算.53.1隔直电容的选择.53.2地平面的处理.53.3单板布局布线要求.54参考资料.6精品资料1 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 参考资料清单10-100-1000 over backplanesok1.pptbroadcom53118-an101-r