以太網(wǎng)接口硬件設(shè)計(jì)中，現(xiàn)在CPU集成度越來(lái)越高，都會(huì)集成MAC，而對(duì)于硬件設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，只需要外接PHY Transceiver IC即可實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)通信，而PHY芯片（以百兆為例）外圍電路基本如下所示：

• RJ45連接器
• ESD保護(hù)芯片
• 網(wǎng)絡(luò)變壓器
• PHY Transciver
• MAC Controller
• 晶體
• 電源
• 狀態(tài)指示燈

RJ45連接器

RJ是Registered Jack的縮寫，意思是“注冊(cè)的插座”。在FCC（美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)章）中RJ是描述公用電信網(wǎng)絡(luò)的接口，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的RJ45是標(biāo)準(zhǔn)8位模塊化接口的俗稱。連接器由插頭（8P8C接頭，水晶頭）和插座組成。如下圖所示：

關(guān)于接頭引腳定義，目前存在兩種標(biāo)準(zhǔn)：T568A和T568B（最通用）。這兩者的主要區(qū)別是橙色和綠色雙絞線進(jìn)行了交換，如下圖所示：

設(shè)計(jì)這兩種標(biāo)準(zhǔn)只是在線纜顏色上有所區(qū)別，目的是在線纜側(cè)實(shí)現(xiàn)交叉互連。網(wǎng)絡(luò)直通線常用于異種網(wǎng)絡(luò)之間的互連（比如計(jì)算機(jī)交換機(jī)之間），交叉線常用于同種網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)（比如計(jì)算機(jī)與之間）。不過(guò)現(xiàn)在PHY芯片大部分具有自動(dòng)交叉（auto MDI-X）的能力,只需要直連即可。不同網(wǎng)絡(luò)速率及網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)下引腳作用也不相同，如下圖示意：

關(guān)于RJ45插座，也有很多分類。根據(jù)功能劃分，內(nèi)部有無(wú)集成變壓器，有無(wú)集成LED指示燈，根據(jù)外殼分類是否金屬或塑料，有無(wú)金屬?gòu)椘?，進(jìn)行選型時(shí)需要清楚明了。

ESD保護(hù)芯片

在一些工業(yè)場(chǎng)景下環(huán)境惡略需要增添ESD保護(hù)器件，ESD器件一版放到靠近連接器位置，對(duì)于百兆以太網(wǎng)來(lái)說(shuō)只需要4通道低結(jié)電電容器件，根據(jù)需要的靜電等級(jí)進(jìn)行型號(hào)選型。

網(wǎng)絡(luò)變壓器

網(wǎng)絡(luò)變壓器作用是：

1. 耦合差分信號(hào)，抗干擾能力更強(qiáng)
2. 變壓器隔離網(wǎng)線端不同設(shè)備的不同電平，隔離直流信號(hào)

網(wǎng)絡(luò)變壓器一般是由差模線圈，變壓器以及中心抽頭組成。如下示意：

其中初級(jí)中心抽頭的接法需要根據(jù)PHY芯片來(lái)決定，電壓驅(qū)動(dòng)的就要接電源，電流驅(qū)動(dòng)直接接個(gè)電容到地即可，是具體還要參看芯片的datasheet和參考設(shè)計(jì)了。 還需要注意的是有的變壓器中間抽頭是獨(dú)立的有的是收發(fā)合并在一起的，設(shè)計(jì)的時(shí)候需要注意，為了防止初版硬件設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，可以兼容設(shè)計(jì)，如下所示：

變壓器次級(jí)中心抽頭使用Bob Smith電路來(lái)抑制共模噪音，利用75Ω和電容接地吸收共模能量，如上圖原理圖所示。

注意：有的RJ45 J已經(jīng)內(nèi)置了網(wǎng)絡(luò)變壓器，設(shè)計(jì)時(shí)特別注意下內(nèi)部框圖是如何連接的。

關(guān)于PCB Layout時(shí)，需要注意：

• PHY芯片，變壓器，連接器Trace需要做100Ω±10%阻抗設(shè)計(jì)，走線盡量短
• 差分對(duì)做等長(zhǎng)設(shè)計(jì)，偏差小于0.5mm
• 避免分支
• 差分對(duì)走線參考平面完整

PHY Transceiver

作為以太網(wǎng)外圍電路的核心器件，需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用來(lái)選擇合適的PHY芯片，基本選型指標(biāo)如下：

• 10/100/1000Mbps
• 接口類型MII/RMII/GMII/RGMII/SGMII
• 支持單端口/雙端口
• 光纖/電口 PHY
• 供電電壓及工作溫度

根據(jù)指標(biāo)選擇芯片制造廠商PHY芯片，根據(jù)datasheet以及參考手冊(cè)進(jìn)行設(shè)計(jì)。常見的PHY芯片廠商：

1. TI-PHY
2. MicroChip-PHY
3. Marvell-PHY
4. Realtek-PHY

MAC Controller

MAC端需要注意的就是使用什么接口，常見的MII/RMII/GMII/RGMII。

MII接口：

• MDIO一般上拉1.5KΩ電阻
• 信號(hào)線需要串聯(lián)電阻一般為10Ω，發(fā)送端靠近MAC，接收端靠近PHY
• MII信號(hào)線單端對(duì)地阻抗應(yīng)設(shè)計(jì)為50Ω±10%
• TXD[3:0],TXCLK,TXEN,TXERR保證等長(zhǎng)設(shè)計(jì)
• RXD[3:0],RXCLK,RXDV,RXERR保證等長(zhǎng)設(shè)計(jì)
• 信號(hào)線走線避免分層
• 時(shí)鐘線包地處理

RMII:

• 50MHz外部時(shí)鐘
• 走線規(guī)則同MII
• 不使用的IO可以當(dāng)作GPIO使用，有的也當(dāng)作復(fù)用信號(hào)，詳細(xì)參考datasheet

晶體

晶體可以使用無(wú)源晶體以及有源晶振，50MHz應(yīng)用中應(yīng)使用有源晶振。需要保證晶體如下規(guī)格：

使用無(wú)源晶體時(shí)：

• 晶體電路靠近芯片
• 時(shí)鐘信號(hào)原理電源以及干擾信號(hào)
• 時(shí)鐘信號(hào)包地處理

使用有源晶振時(shí)：

• 需要外接供電
• XCLK1不連接
• 走線規(guī)則參考無(wú)源晶體

供電

根據(jù)PHY芯片Datasheet進(jìn)行設(shè)計(jì)，如下參考：

• 主電源上使用磁珠（Murata BLM21AG121SH1），去耦電容（10uF 100nF）組合
• 數(shù)字電源使用100nF濾波

狀態(tài)指示燈

狀態(tài)指示燈代表了網(wǎng)絡(luò)連接速率狀態(tài)，LED亮滅狀態(tài)是由PHY芯片控制，沒有標(biāo)準(zhǔn)定義，具體參考PHY Datasheet。

參考

1. Modular connector-Wikipedia
2. Compliant, Industrial Temperature 10/100-Mbps Ethernet PHY Brick
3. AN-1469 PHYTER Design & Layout Guide