Progettazione PCB - Progettazione del circuito stampato del circuito di interfaccia Ethernet

Quanto segue è un'introduzione alla progettazione del circuito stampato PCB del circuito di interfaccia Ethernet:

Le interfacce di rete utilizzate oggi sono tutte interfacce Ethernet e la maggior parte dei processori attualmente supporta porte Ethernet. Attualmente, Ethernet comprende principalmente tre interfacce di 10M, 10/100M e 1000M secondo la velocità. Le applicazioni 10M sono state molto poche, e sono fondamentalmente sostituite da 10/100M. Attualmente, il tipo di interfaccia Ethernet dei nostri prodotti adotta principalmente l'interfaccia RJ45 twisted pair ed è fondamentalmente utilizzato nel campo di controllo industriale. A causa della particolarità del campo di controllo industriale, siamo abbastanza sofisticati nella selezione di dispositivi Ethernet e progettazione PCB. Dal punto di vista dell'hardware, il circuito di interfaccia Ethernet è composto principalmente da controllo MAC (MediaAccess Controlleroler) e interfaccia a livello fisico (PhysicalLayer, PHY). La maggior parte dei processori include il controllo MAC Ethernet, ma non fornisce un'interfaccia a livello fisico, quindi è necessario un chip fisico esterno per fornire un canale di accesso Ethernet. Di fronte a un circuito di interfaccia così complicato, credo che tutti gli ingegneri hardware vogliano sapere come il circuito hardware viene implementato sul circuito PCB.

Il design PCB è fondamentalmente layout e cablaggio secondo questo diagramma a blocchi. Di seguito utilizzeremo questo diagramma a blocchi per spiegare in dettaglio i punti principali del layout e del cablaggio del circuito di interfaccia Ethernet.

1. Il layout di progettazione PCB del circuito di riferimento e lo schema di cablaggio del trasformatore della porta di rete non integrato nel connettore della porta di rete. La seguente figura 2 introduce i punti che devono essere prestati attenzione al layout e al cablaggio del circuito Ethernet.

a) La distanza tra RJ45 e il trasformatore deve essere il più breve possibile. L'oscillatore di cristallo dovrebbe essere lontano dall'interfaccia, dal bordo PCB e da altri dispositivi ad alta frequenza, tracce o componenti magnetici. La distanza tra il chip di strato PHY e il trasformatore dovrebbe essere il più breve possibile, ma a volte per il layout complessivo, questo può essere più difficile da soddisfare, ma la distanza massima tra di loro è di circa 10 ~ 12cm. Il principio del layout del dispositivo è di solito posizionarli secondo la direzione del flusso del segnale e non andare in giro;

b) Il filtro di potenza del chip di strato PHY è progettato secondo i requisiti del chip. Di solito, un condensatore di disaccoppiamento è posizionato su ogni terminale di alimentazione. Possono fornire un percorso di bassa impedenza per il segnale per ridurre la risonanza tra l'alimentazione elettrica e il piano di terra, al fine di rendere il condensatore svolgere il ruolo di disaccoppiamento e bypass, quindi è necessario garantire che l'area del ciclo composta da condensatori, tracce, vias e pad di disaccoppiamento e bypass condensatori sia il più piccolo possibile e l'induttanza del piombo sia il più piccolo possibile;

C) Il condensatore del filtro dal rubinetto centrale del lato chip dello strato PHY del trasformatore della porta di rete al suolo dovrebbe essere il più vicino possibile al perno del trasformatore per garantire il cavo più breve e la più piccola induttanza distribuita;

D) La resistenza del modo comune e il condensatore ad alta tensione sul lato dell'interfaccia del trasformatore della porta di rete sono posizionati vicino al rubinetto centrale e il cablaggio è corto e spesso (â ¢ 15mil);

E) Entrambi i lati del trasformatore devono essere messi a terra: cioè, il connettore RJ45 e la bobina secondaria del trasformatore utilizzano un terreno isolato separato, l'area di isolamento è più di 100mil e non c'è alimentatore e strato di terra sotto questa area di isolamento. Questo processo di segmentazione deve raggiungere l'isolamento tra primario e secondario e l'interferenza dalla sorgente di controllo è accoppiata al secondario attraverso il piano di riferimento;

F) La linea di alimentazione dell'indicatore luminoso e della linea del segnale di azionamento sono instradati l'uno accanto all'altro per ridurre al minimo l'area del ciclo. L'indicatore luminoso e la linea differenziale dovrebbero essere separati, se necessario, e i due dovrebbero essere tenuti a una distanza sufficiente. Se c'è spazio, può essere separato da GND;

G) Le resistenze e i condensatori utilizzati per collegare GND e PGND devono essere collocati nell'area di segmentazione del terreno.

2. Le linee di segnale Ethernet sono sotto forma di coppie differenziali (Rx±, Tx±). Le linee differenziali hanno un forte rifiuto in modalità comune e una forte capacità anti-interferenza. Tuttavia, se il cablaggio è improprio, porterà grave integrità del segnale. Problemi sessuali. Introduciamo i punti di elaborazione della linea differenziale uno per uno:

A) Dare priorità al disegno di coppie differenziali Rx±, Tx±, cercare di mantenere le coppie differenziali parallele, uguale lunghezza e breve distanza ed evitare vie e croci. A causa di fattori quali distribuzione del perno, vias e spazio di cablaggio, è probabile che la lunghezza della linea differenziale sia disadattata, la tempistica sarà spostata e verrà introdotta l'interferenza di modalità comune, che ridurrà la qualità del segnale. Pertanto, è necessario compensare il disallineamento della coppia differenziale per far corrispondere la lunghezza della linea. La differenza di lunghezza è solitamente controllata entro 5mil. Il principio di compensazione è quello in cui viene compensata la differenza di lunghezza;

B) Quando il requisito di velocità è alto, è richiesto il controllo dell'impedenza della coppia differenziale Rx±, Tx±, solitamente l'impedenza è controllata a 100Ω±10%;

C) La resistenza differenziale di terminazione del segnale (49.9Ω, alcuni chip di strato PHY potrebbero non) deve essere posizionata vicino ai pin Rx± e Tx± del chip di strato PHY, che possono meglio eliminare la riflessione del segnale nel cavo di comunicazione;

D) I condensatori del filtro sulla coppia differenziale devono essere posizionati simmetricamente, altrimenti il modo differenziale può essere convertito in modo comune, causando rumore di modo comune e non ci devono essere stub durante l'instradamento, in modo da avere una buona soppressione del rumore ad alta frequenza.

Le linee di segnale Ethernet sono sotto forma di coppie differenziali (Rx±, Tx±). Le linee differenziali hanno un forte rifiuto in modalità comune e una forte capacità anti-interferenza. Tuttavia, se il cablaggio è improprio, causerà seri problemi di integrità del segnale.

3. Il layout PCB e il cablaggio del circuito Ethernet in cui il trasformatore è integrato nel connettore è molto più semplice di quello del circuito Ethernet non integrato.

Il layout Ethernet e il cablaggio devono essere approssimativamente questi. Un buon layout di progettazione PCB e cablaggio possono non solo garantire le prestazioni del circuito, ma anche migliorare le prestazioni del circuito. Il livello dell'autore è limitato. Per favore correggimi se non ne hai abbastanza.