以太网模块简介 以太网模块案例分享

描述

 

 

一 前言

随着智能化设备的普及应用,智能主板也应用的越来越广泛,比如在信息发布、自助终端、智慧收银等方面应用越来越广。同时为了让人们能够在不同的地点之间进行信息交流和资源共享,这些智能设备都需要连上互联网,以太网模块就成了它们不可或缺的一部分。

 

二 以太网模块简介

我们把以太网模块的主要数据传输做了一个简单的架构图(如图1),从图中可以看到,这些数据的传输都是我们要主要关注的,特别是里面的时钟信号,相信很多整改EMC的工程师都遇到过以太网时钟超标的问题点。其中,百兆以太网的时钟基频是50MHz,千兆以太网的基频是125MHz。

共模滤波器

以太网模块架构图(1)

那么针对其中的时钟问题,我们有以下措施:

1. 在时钟线上加RC滤波;

2. 把时钟线包地以后走在中间层;

3. 把PHY芯片跟CPU屏蔽起来;

另外MDI网络数据的传输的噪声问题我们就可以加共模滤波器。

 

三 案例分享

这个案例是某RK方案的安卓控制板,上面用的PHY芯片是瑞芯微的方案,从测试数据就可以显著看到以太网时钟数据超标。摸底测试数据如下:

共模滤波器

摸底数据——水平图(2)

共模滤波器

摸底数据数据——垂直图(3)

数据中超标的频点是125MHz的时钟,前面说的可以判断出是千兆网的基频,相信很多工程师已经开始头疼了,因为五倍频以下都是比较有效的频率,特别是基频,但凡我们滤波参数加的过大,以太网就会直接罢工。

这时不管问题有多艰难,我们都要耐心,细心的去尝试验证,我们先把前面说的措施加上去看看,这款主板它在设计的时候就进行的EMC预留,它已经在PHY芯片CLK_OUT、TX_CLK、RX_CLK上加了RC滤波。这是非常好的,在前期的设计预留,可以减少后期加整改措施的难度、改板次数与周期。

共模滤波器

RC滤波图(4)

机器上面用的电阻参数是比较小的,我们尝试把它们加大,尝试了很多参数,最后决定电阻改为120Ω,电容5pF。因为这个参数对它机器125MHz这个频点滤波效果最好,同时以太网也能正常工作。

共模滤波器

更改RC参数后的测试数据图(5)

可以看到,虽然把措施都加上了,但125MHz这个点还是超标了0.68个DB,读点也读不下来。现在我们就要从细节去处理。我们细细研究发现,瑞芯微的芯片方案大多数的CLK_OUT旁边都挨着RJ45两个指示灯线,而且很多人也忽视了这两个指示灯的走线。CLK_OUT上的时钟耦合到这两个走线导致以太网的基频辐射出去。

共模滤波器

瑞芯微芯片引脚图(6)

共模滤波器

瑞芯微方案架构图(7)

LED灯线这边的话我们有两个方案可以采取,第一可以在走线上串磁珠,第二在靠近引脚处加滤波电容。因为这里没有做串阻的预留,所以我们采取加滤波电容。在两个灯线上对地加了100pF的滤波电容,数据能通过测试。

共模滤波器

最后数据图(8)

 

四 总结

以太网模块虽然已经比较成熟,但它的EMC问题还是我们工程师的一大难点。所以针对这些难点,我们就需要更加细心的去尝试验证,不放过那些容易被我们忽略的细节。希望上面案例的整改思路,能够给各位工程师提供一点帮助,不足之处还望指正。


 

审核编辑:刘清
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