以太網(wǎng)PHY無變壓器設(shè)計(jì)原理

1、以太網(wǎng) PHY 無變壓器設(shè)計(jì)方法與原理目錄1弓丨言.2-2 工作原理.2.3 硬件設(shè)計(jì)及相關(guān)參數(shù)計(jì)算.33.1 隔直電容的選擇. 33.2 地平面的處理. 33.3 單板布局布線要求. 34 參考資料.4.1 1 引言在傳統(tǒng)的以太網(wǎng)交換產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，以太網(wǎng) PHY 后面通常會(huì)接一個(gè) 1:1 的變壓 器，主要用于信號(hào)隔離、阻抗匹配、抑制干擾等，但是由于以太網(wǎng)變壓器的體積 較大，并且會(huì)增加系統(tǒng)的總成本，而采用電容耦合的方式則會(huì)給設(shè)計(jì)者帶來很多 好處，本文主要討論以太網(wǎng) PHY 中采用電容耦合方式的工作原理及設(shè)計(jì)注意事 項(xiàng)等。2 2 工作原理通常情況下，信號(hào)的耦合方式可分為直流耦合和交流耦合，但是，由

2、于以太網(wǎng) PHY 出來的信號(hào)為差分信號(hào)，兩個(gè)以太網(wǎng) PHY 芯片的地可能沒有連在一起， 存在一定的電位差，為了降低兩個(gè)以太網(wǎng)PHY 之間的共模電壓差對(duì)整個(gè)系統(tǒng)造成的影響，采用直流耦合方式顯然不合適，因此一般采用交流耦合。目前通用的以太網(wǎng) PHY 芯片驅(qū)動(dòng)方式主要分為兩種：電流型、電壓型，如 果采用電壓型驅(qū)動(dòng)方式，則不需外部饋電給PHY 內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)器，如果采用電流型驅(qū)動(dòng)，貝嚅外部饋電，具體是哪種驅(qū)動(dòng)方式，需要仔細(xì)閱讀芯片手冊(cè)。以 BCM53118 和 BCM5464 為例， BCM53118 的內(nèi)部 PHY 采用電壓驅(qū)動(dòng)方式，而BCM5464 的內(nèi)部 PHY 采用電流驅(qū)動(dòng)方式，因此，當(dāng)兩個(gè) PH

3、Y 對(duì)聯(lián)時(shí)，BCM5464 需要外部饋電給內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)器，即通過外部上拉電阻提供電流到內(nèi)部驅(qū)動(dòng)器，詳細(xì)連接圖見圖一所示；圖一：BCM53118 與 BCM5464 連接圖對(duì)于百兆交換 PHY 的連接，原理和千兆交換類似，以 BCM53202 和 LXT972 為例，BCM53202 和 LXT972 內(nèi)部的 PHY 均采用電流驅(qū)動(dòng)的方式，因此需要外部 饋電給內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)器，即通過外部上拉電阻提供電流到內(nèi)部驅(qū)動(dòng)器，詳細(xì)連接見圖二所示：另外，在實(shí)際的電路設(shè)計(jì)中，最好將其中一片 PHY 芯片的差分?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)送端直 接連接到另外一片 PHY 的差分?jǐn)?shù)據(jù)接收端，這樣可以提高兩片 PHY 建立 LINK 狀 態(tài)的

4、效率，讓兩片 PHY 快速進(jìn)入工作模式。圖二：BCM53202 與 LXT972 連接圖3 3 硬件設(shè)計(jì)及相關(guān)參數(shù)計(jì)算3.13.1 隔直電容的選擇電容的計(jì)算公式：C C = = 1/(2*pi*F*R)1/(2*pi*F*R)，通常情況下，以太網(wǎng)物理層的數(shù)據(jù)內(nèi)容頻率范圍在 40KHz40KHz 以下，按照 BroadcomBroadcom 提供的資料，0.1uF0.1uF 的電容是比較合適的，另外，電容在PCBPCB板上的具體位置沒有強(qiáng)制性的要求，即電容位置的改變不會(huì)對(duì)其信號(hào)質(zhì)量造成影響，在應(yīng)用中可以根據(jù)單板實(shí)際情況放置。3.23.2 地平面的處理由于新的連接方式采用電容耦合方式，并且兩個(gè)PH

5、YPHY 之間的參考地為同一個(gè)系統(tǒng)地，因此在設(shè)計(jì)過程中不需要對(duì)地進(jìn)行分割。3.33.3 單板布局布線要求? 差分信號(hào)中的發(fā)送和接收信號(hào)匹配電阻應(yīng)靠近PHY 芯片；?所有以太網(wǎng)差分信號(hào)走線的差分阻抗最好能控制在100Q土 10%?所有走線應(yīng)該有完整的參考平面；R3R4R1R2FtXPx505050RXMxII100nFTXPx1Q0nFTXMx? 為了降低串?dāng)_，每對(duì)差分線之間走線間距需滿足? 為了降低 EMI 干擾，PCB 上應(yīng)避免跨分割走線;? 差分對(duì)組內(nèi)走線應(yīng)該盡量保持等長(zhǎng)，誤差控制在4 4 參考資料清單10-100-1000 over Backplanesokl.pp-Broadcom53118-AN101-RDS.pdf -Bro