以太网PHY和交换机的应用设计.pdf

以太网PHY和交换机的应用设计.pdf

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1C14L09TCP以太网以太网PHY和交换机的应用设计和交换机的应用设计2课程目标课程目标完成本课程之后，您将能够：

完成本课程之后，您将能够：

了解以太网PHY和以太网交换机的工作原理了解如何成功设计以太网PHY/交换机了解ESD和EMI的设计注意事项3课程安排课程安排以太网基础以太网基础以太网以太网PHY简介简介以太网以太网PHY电路设计和电路设计和PCB布线布线ESD和和EMI注意事项注意事项以太网性能测试以太网性能测试以太网交换机基础以太网交换机基础设计以太网交换机设计以太网交换机4以太网历史以太网历史由Xerox的Metcalf于1973年发明，并于1976年获得专利Xerox说服Digital和Intel联合制造产品（因此该组合称为DIX）1989年成为IEEE标准SMSC从1990年开始生产以太网ICMetcalf的以太网原图5以太网规范以太网规范以太网=802.3有线以太网基于铜线或光纤标准经过多年演化（19732002年）6分层模型分层模型物理层数据链路层传输层网络层会话层表示层应用层OSI参考参考模型模型1234567介质10Mb/s100Mb/s介质1000Mb/s介质I.E.E.E.802参考模型参考模型MII/RMIIGMII/RGMIIAUI物理介质连接（PMA）物理介质连接（PMA）物理编码子层（PCS）物理介质相关（PMD）自动协商（AUTONEG）PHYMAU物理信令（PLS）MAC介质访问控制MAC控制（可选）LLC逻辑链路控制调和调和物理介质连接（PMA）物理编码子层（PCS）物理介质相关（PMD）自动协商（AUTONEG）MDIMDIMDIMAC7MAC功能功能8PHY功能功能将数据包转换为介质可识别的信号曼彻斯特码（10BASE-T）MLT3码（100BASE-TX）符合802.3支持100Base-TX和10Base-T（1000Base-T）半双工和全双工支持自动协商连接MAC的接口：

MII/RMII用于数据包传输，MDC/MDIO用于管理9Microchip/SMSC以太网产品以太网产品以太网以太网PHY：

LAN8720：

百兆PHY，RMII接口LAN8710：

百兆PHY，MII/RMII接口LAN8740：

百兆PHY，MII/RMII接口，节能以太网，网络唤醒LAN8820：

千兆PHY，RGMII接口LAN8810：

千兆PHY，GMII接口以太网控制器，以太网控制器，MAC+PHY：

LAN92xxUSB转以太网控制器，转以太网控制器，USB+MAC+PHY：

LAN9500：

USB2.0转百兆以太网LAN951x：

USB2.0转百兆以太网+USB2.0集线器LAN7500：

USB2.0转千兆以太网LAN9730：

HSIC转百兆以太网LAN7800：

USB3.0转千兆以太网三端口以太网交换机：

三端口以太网交换机：

LAN93xx10课程安排课程安排以太网基础以太网基础以太网以太网PHY简介简介以太网以太网PHY电路设计和电路设计和PCB布线布线ESD和和EMI注意事项注意事项以太网性能测试以太网性能测试以太网交换机基础以太网交换机基础设计以太网交换机设计以太网交换机11以太网以太网PHY应用框图应用框图CPUMACRMII磁性变压器SMI12以太网磁性变压器以太网磁性变压器为什么使用变压器：

为什么使用变压器：

将不同的PHY芯片的不同的直流电平隔离阻挡雷击或浪涌产生的高能量共模信号提供驱动长以太网网线的能力板内以太网连接可以使用无变压器设计板内以太网连接可以使用无变压器设计13RMII接口以太网接口以太网PHYLAN8720框图框图14PHY连接脉冲连接脉冲D0D1D2D3D5D6D7D4D8D9D10D11D13D14D15D12D0100nS100nS62.5uS+/-7uSDATA_BITS*（125uS+/-14uS）+100nS16mS+/-8mSNLPFLPBurst16bits:

2.0002mS+/-112uS8bits:

1.0001mS+/-56uS100nSNLP_FLP_v0.0.vsd16mS+/-8mS15PHY连接速度在连接速度在100Mbps时的时的MLT3波形波形3.3V1.2V16MII和和SMIMAC与与PHY之间的接口之间的接口MACPHY17MII与与RMII接口比较接口比较18SMIMDC和和MDIOMACPHY寄存器访问PHY寄存器可以：

读取PHYID检查连接状态，速度和双工模式控制PHY复位，环回和休眠PHY地址注：

MDC时钟应低于2.5MHz读读写写19自动协商自动协商每个自动协商主机在进入活动模式之前都会发送连续的快速连接脉冲。

这些脉冲以定义的“字”分组在一起，传达“我可以工作在百兆半双工和全双工模式”之类的含义早期十兆设备只会将其视为普通的连接脉冲自动协商交换握手信息以两个连接对象中能力较低的一个为准如果自动协商设备检测到常规连接脉冲进入（非自动协商字），则以十兆半双工模式进行连接如果自动协商设备检测到快速以太网空闲流进入，则以百兆半双工模式进行连接不过，这些仅适用于铜线（不适用于光纤）20自适应自适应21以太网数据包以太网数据包数据包总大小=64至至1518字节字节，不包括前导符/SFD前导符=56位的“1010.”=允许接收端锁相环同步帧起始分隔符（SFD）=8位“10101011”目标MAC地址=6字节=单播、广播或多播源MAC地址=6字节=全局唯一标识符长度/类型字段=2字节数据=46至1500字节=IP数据包等CRC=4字节目标地址6字节SFD1字节前导符7字节源地址6字节类型/长度2字节CRC4字节数据字段可变长度46至1500字节物理或多播/广播位数据包起始数据包长度64至1518字节22MAC地址地址每个NIC都有称为MAC地址的唯一ID通常存储在EEPROM（93C46）中IEEE分配的6字节十六进制字符串http:

/standards.ieee.org/regauth/oui/forms/IEEE分配前3个字节，其余3个字节对应于该公司的每个NIC例如，例如，CISCO_LINSYSGroup,Inc.IEEE分配了分配了00-04-5A作为其公司作为其公司ID其其NICMAC地址应该类似于地址应该类似于00-04-5A-00-00-0000-04-5A-FF-FF-FF（共（共224个，或者个，或者16M个个）23Ping数据包示例数据包示例有效负载长度不超过1472字节的数据包可以单个包发送，超过则要分包。

1518字节42字节报头（MAC地址、IP地址与校验和等）4字节CRC=1472字节Ping192.168.1.1tl147224课程安排课程安排以太网基础以太网基础以太网以太网PHY简介简介以太网以太网PHY电路设计和电路设计和PCB布线布线ESD和和EMI注意事项注意事项以太网性能测试以太网性能测试以太网交换机基础以太网交换机基础设计以太网交换机设计以太网交换机25设计文档设计文档数据手册参考设计电路推荐的变压器原理图/器件放置/布线的检查清单PCB设计准则驱动程序源代码驱动程序移植指导26以太网设计检查服务以太网设计检查服务原理图放置和走线布线GerberEMI故障排除https:

/http:

/27LAN8710/20上电复位时序上电复位时序电源就绪到nRST信号释放：

Tpurstd25msnRST有效：

Trstia100us在nRST的上升沿读取配置脚nRST上升沿比较陡峭有助于正确读取配置脚上的电平，不要在nRST引脚上放置电容（除非小于100pF）28电源连接和配置电源连接和配置VDDCR来自内部1.2V稳压器，需要一个470pF旁路电容，以及至少1.0uF的低ESR（ESR值不超过1.0）大电容。

不要使用此电源为其他器件或电路供电。

通过LED拉低LED1/RegOFF引脚以配置使能内部VDDCR稳压器。

29LAN8720A时钟模式和配置时钟模式和配置PHY为MAC提供RMII50MHz参考时钟MAC为PHY提供RMII50MHz参考时钟30PHY地址配置地址配置PHY地址范围为“00000”至“11111”（0至31）LAN8710配置：

PHYADDR0/RXER/RXD4PHYADDR1/RXCLKPHYADDR2/RXD3LAN8720配置：

PHYADDR0/RXER仅用于配置PHY地址的最后一位31模式引脚模式引脚可以通过模式引脚将PHY配置在某一模式下工作通常配置Mode2:

0=111以使能自动协商LAN8720模式引脚：

RXD0/MODE0、RXD1/MODE1和CRS_DV/MODE2请注意，即使存在外部上拉/下拉电阻，SOC也可能会拉低/高配置引脚32MII/RMII选择选择LAN8710支持MII和RMII接口，由RXD2/RMIISEL引脚配置如果使用RMII，推荐使用LAN872033连接到变压器连接到变压器49.9端接电阻要上拉至VDD33A变压器中心抽头接到VDD33A，旁边要0.022uF电容接地34电路中的其它重要检查点电路中的其它重要检查点EXRES应通过一个1.0%精度的12.1K电阻（对于LAN8720）连接到数字地。

为使晶振正常工作，一些芯片需要1M电阻与晶振并联。

LAN8720已集成该1M电阻。

IRQ脚的类型是可配置的，如果配置为漏极开路类型，则需要一个外部上拉电阻。

参考每个器件的设计检查清单。

35分立变压器和分立变压器和RJ45放置放置=25mm，有助于EMI=5S=5S38差分阻抗计算差分阻抗计算40其他布线准则其他布线准则遵循大多数10/100PHY布线准则每层都有连续的数字或者模拟地电源层可分开数字和模拟电源分割点应在以太网设备下电路板前端部分的所有层上都有外壳地不与数字地或电源层重叠。

分割点位于变压器下。

晶振电路、RBias电阻和旁路电容应靠近IC引脚50MHzRMII时钟周围包地，在源端放置RC滤波电路QFN封装底部接地焊盘放置足够的过孔，确保正确接地和散热41课程安排课程安排以太网基础以太网基础以太网以太网PHY简介简介以太网以太网PHY电路设计和电路设计和PCB布线布线ESD和和EMI注意事项注意事项以太网性能测试以太网性能测试以太网交换机基础以太网交换机基础设计以太网交换机设计以太网交换机42用于用于ESD保护的保护的以太网端子接地系统以太网端子接地系统高能量进入系统：

雷击和浪涌通过以太网电缆进入连接以太网电缆时的CDE事件直接接触到RJ45金属壳的ESD隔空放电到RJ45金属壳的ESD高能量通过通道：

以太网电缆（使用/未使用的信号脚）75电阻2kV高压电容外壳地金属外壳直接接触/隔空放电到RJ45金属壳的ESD外壳地金属外壳X43ESD/浪涌解决方案浪涌解决方案将外壳地与信号地隔离有助于阻止共模的ESD/浪涌进入信号地。

TXP/N和RXP/N上的TVS/串联电阻/磁珠/电感有助于阻止差模的ESD/浪涌进入IC引脚。

差模差模共模共模单点连接外壳地和信号地高能量高能量44RJ45和变压器的地的设计和变压器的地的设计45如果您重视如果您重视EMI“失败去计划失败去计划”=“计划成失败计划成失败”鉴别关键电路以及辐射源的位置鉴别关键电路以及