以太网信号质量问题之收发器驱动偏置电阻的处理

1、以太网信号质量问题之收发器驱动偏置电阻的处理一 前言对于系统设计人员来说，模数混合电路中最困难的地方在于模拟部分的设计，其中最具代表性的就是我们经常要面对的物理层收发器(PHY)及其收发回路和匹配网络的设计。即使对于应用比较成熟的以太网物理层设计而言，DAC驱动电流的基准偏置，差分信号线对的走线，乃至于匹配电阻的位置，都有可能影响到其物理层的信号质量并通过接口技术指标测试暴露出来。二 以太网口信号质量测试分析1 100Base-TX接口测试环境及其设置100Base-TX接口测试原理100Base-TX接口的测试采用业内比较通用的诱导发包的方法来引导DUT发出扰码后的IDLE进行测试，更多细节

2、请参考美国力科公司Ethernet solution-QualiPHY专项技术文档， 测试设备： 测试拓扑如图11： 图图1 Ethhernett接口指标测测试连接框图图2 测试中出现现的问题本次次测试将主要要验证产品上上4个以太网网100Baase-TXX接口的技术术指标。对于于其中比较直直观的1000Base-TX物理层层的眼图模板板，ANSSI+X3_263-11995标标准中有着明明确的眼图模模板定义见图图2。图2 100BBase-TTX 眼图模模板关于100Baase-TXX接口技术指指标的测试方方法，IEEEE Sttd 8022.3-20000标准准中也有详细细的说明， 工程师

3、按照照诱导发包的的测试方法进进行了网口眼眼图的测试，测测试过程中发发现测试网口口出现了信号号波形碰触模模板的问题，波波形见图3：图3 以太网口口测试眼图_FAIL3 问题分析解解决从眼图初初步分析来看看，发送信号号的幅度应该该是满足要求求的。但是可可以明显的发发现信号边沿沿还是比较缓缓，而且从单单个波形来看看边沿有不单单调的问题。方方案的原厂是是一家通讯业业内专注于IIP宽带解决决方案的国际际型大公司，其其以太网模块块部分应该经经过详细验证证过。最大的的可能是二次次开发过程中中板级系统设设计时的一些些关键技术参参数的配合问问题。工程师师在进行了信信号幅度以及及上升下降时时间等细节指指标的测试之

4、之后证明了之之前的判断，信信号的幅度是是满足要求的的，但信号的的上升下降时时间与其他的的方案相比确确实大了（此此方案的信号号上升下降时时间在4.33nS4.6nS区间间，虽然满足足标准中要求求的35nnS。但根据据系统容差设设计原则，芯芯片设计人员员通常会将SSlew RRate调整整在4nS左左右，确保上上下区间调整整地最大容限限。）。如何何改进需要信信号的发送接接收回路进行行一个系统的的分析了。通通过对网口技技术指标的量量测分析，目目前最主要的的问题在于信信号的边沿比比较缓，并且且存在不单调调的问题，最最可能的原因因是传输回路路容性负载过过大以及驱动动不足。可以以从这两个方方面入手解决决。

5、1）信号差分线线对及阻抗匹匹配，网口的的差分走线的的阻抗控制和和耦合处理我我司在Layyout这一一块的应该已已经很成熟了了，而且此款款方案采用芯芯片内部匹配配网络，没有有外部匹配元元件。所以暂暂不进行这一一块的分析。2）传输变压器，工程师将一款测试通过的产品的Transformer与当前单板的Transformer进行互换后测试结果一致，眼图测试依然不通过。（请注意这里并没有对变压器进行变比以及差损，回损等技术指标的测试）3）收发器驱动偏置电阻，也就是我们经常会看到的RDAC,也有叫RSET或其他的。这是原厂为开发人员提供的设定收发器驱动电流大小的硬配置节点，可以根据实际的单板设计和元件参数

6、进行调整以实现对于标准的拟合。这是对信号波形影响最大的部分，在不对设计进行大的变动的情况下，通过调整驱动电流的大小可以用最小的变动来实现我们对于信号波形的调整。在查看产品PCB的同时我们还发现了另一个问题，RDAC电阻并没有放置在输入PIN附近，而是放到了远端的USB部分，之间的走线长达4000MIL。从事过PHY设计的工程师都知道，对于驱动偏置电阻的处理，应该最大限度的接近输入PIN，并保证地的干净，原厂的Layout Guide 也会进行重点说明。这也许不是造成输出信号边沿过缓的直接原因，但肯定会影响到信号波形的稳定性和单调性。是需要慎重处理的。 图4 RDACC走线连接图图收发器驱动偏置

7、置机理分析：系统设计人人员都知道，以以太网收发器器的输出采用用的是差分电电流驱动，从从收发器驱动动偏置原理框框图，见图55，可以进一一步展开分析析，收发器驱驱动电流可以以通过带隙电电压源与外部部设定基准的的比较来设定定。收发器驱驱动电流（II_drivver） 是是从内部带隙隙和外部基准准镜像过来。UU1/Q3/RDAC/Bandggap组成了了一个简单的的比较控制环环路实现基准准单位电流的的设定，例如如带隙基准电电压设定为VVbg=1.24V，RRDAC取值值为1.244K。这时通通过比较器UU1以及MOOS管Q3反反馈环路是确确保稳定1mmA（I_bbias）的的基准电流。而而Q1/Q22

8、/Currrent _Sourcce组成了比比例镜像电流流源。可以通通过设计保证证I_driiver=NN*I_biias，N是是设定的比例例镜像因子。我我们假定为220，通过公公式可以计算算I_driiver=220*I_bbias=220mA，这这就是我们差差分驱动的输输出电流了。介介绍到这里，大大家都应该清清楚了，我们们可以通过调调整RDACC的电阻大小小实现基准单单位电流的设设定，进而达达到调整差分分驱动电流的的目的。例如如我们将RDDAC调整为为1K，则基基准单位电流流则变为I_Bias=1.24mmA,同步的的I_driiver变为为20*1.24mA=24.8mmA,输出信信号电

9、平的幅幅度也会增大大。实际的调调测结果也是是这样，可以以解决信号边边沿碰触模板板的问题。图5 收发器驱驱动偏置原理理框图经过研发与测试试工程师的讨讨论，在目前前不改动系统统设计的前提提下，采用微微调RDACC电阻的方法法来增大信号号输出电平幅幅度以解决信信号眼图的问问题。经过调调整后，眼图图测试通过，波波形见图6。图6 以太网口口测试眼图_PASS三 测试总结（11） 作为系系统设计人员员，对子系统统功能的了解解以及信号回回路模型的理理解是我们进进行系统定性性分析的根本本，而对于内内部电路的深深入研究是我我们进行系统统指标设计量量化的基础。这这对于我们的的工程师提出出了更高更深深入的要求。（2） 对于PHY收发器的设计，其驱动偏置电阻应尽量靠近设定管脚摆放，避免出现基准不稳定和误差的出现以太网电路设计对于我们来说是比较常规和熟悉的设计，但我们真的理解和掌握了其内部原理以及