以太网口模块的原理及布局布线原则

一、以太网介绍：

以太网接口电路主要由MAC控制器和物理层接口（Physical Layer，PHY）两大部分构成，目前常见的以太网接口芯片，如 LXT971、RTL8019、RTL8201、RTL8039、CS8900、DM9008 等，其内部结构也主要包含这两部分。

一般 32 位处理器内部实际上已包含了以太网 MAC 控制，但并未提供物理层接口，因此，需外接一片物理层芯片以提供以太网的接入通道。

常用的单口 10M/100Mbps 高速以太网物理层接口器件主要有 RTL8201、LXT971等，均提供MII接口和传统7线制网络接口，可方便的与CPU接口。以太网物理层接口器件主要功能一般包括：物理编码子层、物理媒体附件、双绞线物理媒体子层、10BASE-TX 编码/解码器和双绞线媒体访问单元等。

模块示图：

A. RJ45和变压器合并示例：

B. RJ45和变压器分离示例：

实体图示:

二、布局布线原则

A.推荐布局原则：

1、RJ45和变压器之间的距离应尽可能的缩短。

2、复位电路信号应当尽可能的靠近以太网转换芯片，并且若果可能的话应当远离TX+/-、RX+/-和时钟信号。

3、时钟电路应尽可能的靠近以太网转换芯片，远离电路板边缘、其他高频信号、I/O端口、走线或磁性元件周围。

4、以太网转换芯片和变压器之间的距离也应该尽可能的短，以太网转换芯片和变压器之间的距离一般不要超过5inch（1 inch=1000 mil）。

5、每个电源管脚放置一个容值为0.1uf或者0.01uf的小电容，芯片周边每个电压应该最少有一个以上的大于4.7uf的大电容。

6、以太网转换芯片到CPU的距离也尽可能的短，并留出绕等长的空间。

7、一般RJ45网口插座旁边会更具结构要求放置LED指示灯，而RJ45插座这边一般只放置LED指示灯，将与LED指示灯相配置的电阻、电容或者磁珠放置在DGND区域，并注意在跨接线上放置桥接电容。

8、对交流端接的放置，如果以太网转换芯片的资料有布局要求（有的芯片会要求放置在以太网转换器端）就按照芯片资料完成布局；如果没有要求，一般情况下交流端接靠近以太网转换器边。

总体要求示意图：

PCB范例示意图：

B、推荐布线原则：

1、变压器下面所有层挖空（从变压器封装的丝印框就可以了，没必要挖到管脚）。

2、从变压器下面画出PGND和DGNS的隔离带、隔离带的最小宽度为80mil。

3、电源信号的走线(退耦电容走线,电源线,地线)应该保持短而宽。退耦电容上的过孔直径最好稍大一点。 每一个电容都应当有一个独立的过孔到地。

4、TX+-尽量走表层，对内等长约束为5mil。RX+-尽量走表层，对内等长约束为5mil，TX和RX没必要等长。走线长度差应当保持在 2cm 之内，Rx±最好不要有过孔, 并且布线在元件侧。

5、交流端接一般要经过电阻再连接到芯片或者变压器上，不允许有STUB的存在。

6、以太网芯片到CPU的GMII接口线的发送部分（ GTX_CLKTX_ENTX_ERTXD[7:0]）和接收部分（GRX_CLKRX_DVRX_ERRXD[7:0]）要分开布线，不要将接收和发送网络混合布线、线与线直接的间距满足3W需要、RX和TX分别等长，等长范围在100mil。走线的长度不应当超过该信号的最高次谐波(大约10次谐波)波长的1/20。例如：25M 的时钟走线不应该超过 30cm，125M信号走线不应该超过12cm (Tx±, Rx±)。

7、有的变压器两端（特别是以太网信号来自背板插座）并没有将变压器两边的地分开，在这种情况下，变压器下面挖空是必须的。

8、有的变压器管脚分布，并不是常见的从一侧管脚输入，从另一侧管脚输出，而是同一侧的管脚上半部分是输入，下半部分是输出，在分割平面的时候一定要注意。

9、TX和RX走线间距满足4W（差分线宽和间距选大者）以上。走线要求如下图所示：

10、对于千兆以太网的信号线优先选择最优的信号层进行布线，过孔数量不要超过2个，换层时请在不超过200mil的范围内增加回流地过孔。

11、从变压器的PHY芯片的走线长度一般不超过12cm（大约5 inch）。

12、以太网模块的电源线要粗而直，滤波电容的放置位置和数量要合理。

13、有的原理图在电源部分增加了磁珠，磁珠要尽量靠近所提供的电源管脚，磁珠两边根据原理图或者设计要求增加电容，磁珠的布线要合理（一般采用铺铜和打过孔的方式）。

一般通用的法则，例如25M晶体下面不能走其它的信号线、时钟线不要走在RJ45插座下面，复位信号的布线要求满足3W要求等也要适用以太网的PCB板设计

电源和地的处理原则如下：

RJ - 45底盘接地和数字地通过一个1M欧姆的电阻和一个0.1uF的去耦电容应隔离。机箱地和数字地之间的差距，必须比60密耳宽。

图4  典型的机箱/数字地平面与磁集成单RJ- 45

图5  典型机箱/数字地平面分开的RJ - 45和磁所有的数字和模拟不同的电源电压的电源平面应隔离。

图6  典型的数字/模拟电源平面与磁集成单RJ- 45

图7  典型的数字/模拟电源平面独立的RJ- 45和磁

注：上述数字是数字电源（VCCxx）和模拟电源（AVCCxx）平面说明LAN电路板设计图。

以太网物理层接口器件过来的信号接往RJ45网口插座时需要注意：金属机壳以及与印制板相连的金属前面板应与印制板内部电路（包括信号和地线层）隔离至少 5mm 以上，印制板静电电流泄放通路的地应优先选择机壳地，板上的金属部件和金属接插件能就近接机壳的应就近接机壳，无法就近接机壳的接静电保护地环或工作地,工作地应是大面积的地层。

1. 晶体/振荡器的时钟源和数字信号的开关噪声应保持距离的MDI0 ±，MDI1 ±，MDI2 ± MDI3 ±差分对。此外，晶体/振荡器可漫步电容和其他信号的噪声敏感，最好是远离I / O端口，高频信号的痕迹，磁场，电路板的边缘，等部署的结晶。

2. 以太网磁应尽可能接近尽可能RJ - 45接口。

3. 千兆以太网PHY应放在尽可能接近的磁性。如果PCB的布局上有一定的局限性，从千兆以太网PHY的磁迹线长度不应该超过5英寸。

4.MDI0 ± MDI1 ± MDI2 ± MDI3 ±差分对应该尽可能接近路由。道间距D1之间MDI0 +和MDI0（或之间MDI1 +和MDI1，MDI2 +和MDI2，MDI3 +和MDI3）对应该在8〜10密耳。走线的宽度应相应调整，以产生所需的微量元素阻抗。

5.间距D2应大于200密尔。如果PCB的布局实在是难以满足这一要求，首长级薪级第2点的间距应尽可能大。

6.路线MDI0 ±，MDI1 ± MDI2 ± MDI3 ±差分对尽量伸直，并保持在差分对并行。

7.保持之间MDI0的走线长度的差异和MDI0（或之间MDI1 +和MDI1，MDI2 +和MDI2，MDI3 +和MDI3）一双700密耳内。

8.的终止电阻49.9Ω和电容的MDI0 ±，MDI1 ±，MDI2 ±和MDI3 ±差分对应该放在尽可能接近磁和跟踪应少于400密尔。

9.路线MDI0 ±，MDI1 ± MDI2 ± MDI3 ±差分对运行对称的，平等的长度，并尽可能接近。

10.避免使用过孔上的MDI0痕迹± MDI1 ±，MDI2 ± MDI3 ±差分对。如果PCB的布局确实需要使用差分对通孔，请匹配的通孔，以保持平衡差分对。

11.电源平面和数字地平面不应该划归磁性和RJ - 45接口。

12.直角，避免路由信号的跟踪，而不是，信号线应与多个45˚角路由。

MII 接口包含两种接口：SMII 和 SSMII

SMII 布局布线遵循下列原则：

1)  TX_RXCLK 和 TX_RXSYNC 与其它信号间要求满足 3W 原则；

2)  收和发分为两组信号，每组信号间要尽量等长，走相同布线层，误差小于 100mil；

3)  TX_RXCLK 优先采用带状线，布线尽量同层；

4)  保证所有信号有完整的参考地平面；

5)  布线的长度小于 10cm（不经过连接器）；

6)  阻抗要求 50ohm +/-10%；

7)  布线拓扑：当端口数多于 1 个以上，TXD+/-一组信号和 RXD+/-一组信号分别并行走线

8)  过孔要求尽量少。

SSMII 接口布线遵循如下原则：

1)  走线一般要求参考 SMII 布局布线要求。

2)  一般驱动端的内阻为 17 欧姆，因此需要在驱动端串接 33 欧姆的电阻，此电阻离驱动端越近越好。

3)  线长要求：RX CLK 和 TX CLK 的长度差在 250MIL 以内。

4)  所有 INPUT 信号或 OUTPUT 信号，走相同布线层线长差必须在 200MIL 以内。

5)  所有信号的总长不能超过 15 英寸。