PCB-Neuigkeiten - Entmystifizierung der Realisierung der Ethernet-Schnittstelle auf der Leiterplatte in der Leiterplattenfabrik

Ethernet wurde in den 1970er Jahren geboren, Und es ist uns heute kein Unbekannter. Es ist in jeder Ecke des modernen Lebens aufgetaucht. Vielleicht ist es wegen seiner Allgegenwärtigkeit, die es geheimnisvoll macht. Heute, der Herausgeber der Leiterplattenfabrik wird einer der Winkel sein Geheimnis enthüllen.

Die Netzwerkschnittstellen, die wir heute verwenden, sind alle Ethernet-Schnittstellen, und die meisten Prozessoren unterstützen derzeit Ethernet-Schnittstellen. Zur Zeit, Ethernet umfasst hauptsächlich drei Schnittstellen von 10M, 10/100M, und 1000M entsprechend der Rate. 10M Anwendungen gab es nur sehr wenige, und sie werden grundsätzlich durch 10 ersetzt/100M. Zur Zeit, Der Ethernet-Schnittstellentyp unserer Produkte nimmt hauptsächlich die Twisted Pair RJ45-Schnittstelle an, und es wird grundsätzlich im industriellen Kontrollbereich verwendet. Aufgrund der Besonderheit des industriellen Kontrollfeldes, Wir sind sehr anspruchsvoll in der Auswahl von Ethernet-Geräten und PCB-Design. Aus Hardware-Sicht, the Ethernet interface circuit is mainly composed of MAC (Media Access Controlleroler) control and physical layer interface (Physical Layer, PHY). Die meisten Prozessoren verfügen über Ethernet MAC Steuerung, aber keine physikalische Layer-Schnittstelle zur Verfügung stellen, So wird ein externer physikalischer Chip benötigt, um einen Ethernet-Zugangskanal bereitzustellen. Angesichts einer so komplizierten Schnittstellenschaltung, Ich glaube, alle Hardware-Ingenieure wollen wissen, wie die Hardware-Schaltung auf der Leiterplatte implementiert ist.

Abbildung 1 zeigt eine typische Anwendung von Ethernet. Unsere PCB-Design ist grundsätzlich nach diesem Blockdiagramm angelegt und geführt. Nun werden wir dieses Blockdiagramm verwenden, um die wichtigsten Punkte des Ethernet-bezogenen Layouts und Routings im Detail zu erklären..

Abbildung 1 Typische Anwendung von Ethernet

1. Abbildung 2 Die Leiterplattenlayout und Schaltplan der Referenzschaltung des Netzporttransformators, der nicht im Netzportanschlussanschluss integriert ist. Die folgende Abbildung 2 stellt die Punkte vor, die auf das Layout und die Verdrahtung der Ethernet-Schaltung geachtet werden müssen.

Abbildung 2 Leiterplattenlayout und Verkabelungsreferenz der Schaltung, in der der Transformator nicht in den Netzanschluss integriert ist

a) Der Abstand zwischen RJ45 und Transformator sollte so kurz wie möglich sein. Der Kristalloszillator sollte weit weg von der Schnittstelle, dem Rand der Leiterplatte und anderen Hochfrequenzgeräten, Leiterbahnen oder magnetischen Komponenten sein. Der Abstand zwischen dem PHY-Schichtchip und dem Transformator sollte so kurz wie möglich sein. In Anbetracht des Gesamtlayouts kann dies schwieriger zu erfüllen sein, aber der maximale Abstand zwischen ihnen beträgt etwa 10~12cm. Das Prinzip des Gerätelayouts ist normalerweise entsprechend der Signalflussrichtung zu platzieren und darf nicht herumgehen;

b) Der Leistungsfilter des PHY-Schichtchips ist entsprechend den Anforderungen des Chips ausgelegt. Normalerweise wird an jedem Stromanschluss ein Entkopplungskondensator angebracht. Sie können einen niederohmigen Pfad für das Signal bereitstellen und die Resonanz zwischen der Stromversorgung und der Erdungsebene reduzieren. Spielen Sie die Rolle der Entkopplung und Bypass, so ist es notwendig, sicherzustellen, dass der Schleifenbereich, der aus Kondensatoren, Leiterbahnen, Durchkontaktierungen und Pads von Entkopplungs- und Bypass-Kondensatoren besteht, so klein wie möglich ist und die Bleiinduktivität so klein wie möglich ist;

c) Der Filterkondensator des Mittelhahns der Chipseite der PHY-Schicht des Netzwerkporttransformators zur Erde sollte so nah wie möglich am Transformatorstift sein, um die kürzeste Leitung und die kleinste verteilte Induktivität sicherzustellen;

d) Der Gleichtaktwiderstand und der Hochspannungskondensator auf der Schnittstellenseite des Netzwerkporttransformators sind nahe am Mittelhahn platziert, und die Verkabelung ist kurz und dick (â­15mil);

e) Die beiden Seiten des Transformators müssen Masse schneiden: Das heißt, die RJ45-Verbindungsbasis und die Sekundärspule des Transformators verwenden eine separate isolierte Masse, der Isolationsbereich ist mehr als 100mil, und es gibt keine Stromversorgung und Erdungsschicht unter diesem Isolationsbereich. Dieser Segmentierungsprozess soll die Isolierung zwischen dem Primär und dem Sekundär erreichen, und die Interferenz von der Steuerquelle wird mit dem Sekundär durch die Bezugsebene gekoppelt;

f) Die Stromleitung der Anzeigeleuchte und der Antriebssignalleitung werden nebeneinander geführt, um den Schleifenbereich zu minimieren. Die Kontrollleuchte und die Differenzlinie sollten bei Bedarf getrennt und die beiden in ausreichendem Abstand gehalten werden. Wenn es Platz gibt, kann es durch GND getrennt werden;

g) Die Widerstände und Kondensatoren, die zum Anschluss von GND und PGND verwendet werden, sollten im Bereich der Erdung platziert werden.

2. Ethernet-Signalleitungen sind in Form von Differenzpaaren (Rx±, Tx±). Differentielle Leitungen haben eine starke Gleichtaktabweisung und eine starke Störfestigkeit, aber wenn die Verkabelung falsch ist, bringt sie ernsthafte Signalintegrität. Sexuelle Probleme. Lassen Sie uns die Verarbeitungspunkte der Differenzlinie nacheinander vorstellen:

a) Geben Sie der Zeichnung von Rx±, Tx± Differentialpaaren Priorität, versuchen Sie, die Differentialpaare parallel, gleich lang und kurz zu halten, und vermeiden Sie Durchgänge und Kreuze. Aufgrund von Faktoren wie Pinverteilung, Durchkontaktierungen und Verdrahtungsraum ist es wahrscheinlich, dass die Länge der Differenzleitung falsch abgestimmt ist, das Timing verschoben wird und Gleichtaktstörungen eingeführt werden, die die Signalqualität verringern. Daher ist es notwendig, die Fehlübereinstimmung des Differenzpaares zu kompensieren, um der Linienlänge zu entsprechen. Der Längendifferenz wird normalerweise innerhalb von 5mil kontrolliert. Nach dem Ausgleichsprinzip wird die Längendifferenz ausgeglichen.

b) Wenn die Geschwindigkeitsanforderung hoch ist, ist Impedanzkontrolle von Rx±, Tx± Differenzpaar erforderlich, normalerweise wird die Impedanz bei 100Ω±10%gesteuert;

c) Differenzsignalklemmenwiderstand (49.9Ω, einige PHY-Schichtchips können nicht) muss in der Nähe der Rx± und Tx± Pins des PHY-Schichtchips platziert werden, die Signalreflexion im Kommunikationskabel besser beseitigen können;

d) Die Filterkondensatoren auf dem Differenzialpaar müssen symmetrisch platziert werden, andernfalls kann der Differenzialmodus in den Gleichtaktmodus umgewandelt werden, was Gleichtaktrauschen verursacht, und es darf keine Stubs beim Routing geben, um eine gute Unterdrückung des Hochfrequenzrauschens zu haben.

3. Die Leiterplattenlayout Die Verdrahtung der Ethernet-Schaltung mit dem im Stecker integrierten Transformator ist wesentlich einfacher als die ohne Integration. Abbildung 3 unten ist die Leiterplattenlayout and wiring reference diagram of the network port circuit with the integrated connector:

Figure 3 Network port Leiterplattenlayout und Verdrahtungsreferenzdiagramm des integrierten Steckers

Wie aus der obigen Abbildung ersichtlich ist, besteht der Unterschied zwischen Abbildung 3 und Abbildung 1 darin, dass der Netzwerkanschlusstransformator weggelassen wird und die anderen ungefähr gleich sind. Der Unterschied spiegelt sich hauptsächlich darin wider, dass der Netzwerkporttransformator in den Stecker integriert wurde, so dass die Masseebene nicht geteilt werden muss, aber wir müssen immer noch die Hülle der integrierten Maschine mit einer kontinuierlichen Masseebene verbinden.

Das Ethernet-Layout und das Routing sind in etwa gleich. Eine gute Leiterplattenlayout t kann nicht nur Schaltungsleistung gewährleisten, aber auch die Schaltungsleistung verbessern.