以太網(wǎng)是大部分嵌入式產(chǎn)品必備的通信接口，如何設(shè)計(jì)出穩(wěn)定、可靠的以太網(wǎng)電路呢？本文綜合數(shù)名行業(yè)硬件工程師經(jīng)驗(yàn)總結(jié)以下要點(diǎn)，希望能為讀者提供設(shè)計(jì)思路及解決問題的方法。

1.原理圖設(shè)計(jì)

首先是網(wǎng)絡(luò)變壓器和RJ45接口器件的選型，集成網(wǎng)絡(luò)變壓器的RJ45接口器件可以降低設(shè)計(jì)復(fù)雜度、節(jié)省板面積，目前應(yīng)用越來越廣泛。若應(yīng)用環(huán)境對(duì)網(wǎng)絡(luò)電氣特性或可靠性要求特別高時(shí)，建議優(yōu)先選擇分體方案。原理圖設(shè)計(jì)的要點(diǎn)包括以下幾個(gè)方面：

• 防雷管應(yīng)盡量靠近RJ45接口，放置于RJ45與網(wǎng)絡(luò)變壓器之間，可以更好起到防雷作用；
• 單獨(dú)的TVS管一般不能完成防雷工作，其一般放置在防雷管與網(wǎng)絡(luò)變壓器之間，主要是抑制差模干擾；
• 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在防雷管與TVS之間放置2歐姆電阻可進(jìn)一步抑制干擾；TVS與PHY之間的網(wǎng)絡(luò)變壓器進(jìn)一步抑制共模信號(hào)干擾。
• 網(wǎng)絡(luò)變壓器與PHY之間差分信號(hào)需放置一顆終端電阻（49.9Ω），其作用是阻抗匹配，消除通訊電纜中的信號(hào)反射。
• RJ45與網(wǎng)絡(luò)變壓器次級(jí)之間收發(fā)差分線連接，須是變壓器的發(fā)射端連接RJ45的接收端，變壓器的接收端連接RJ45的發(fā)射端，如下圖：

• 網(wǎng)絡(luò)變壓器初級(jí)和次級(jí)需要隔離，不能共一個(gè)地。隔離可以有效防止控制源端的干擾通過參考平面耦合到次級(jí)，也為后續(xù)PCB設(shè)計(jì)提供不同參考平面。

2.PCB設(shè)計(jì)

以太網(wǎng)屬于高速信號(hào)，其穩(wěn)定性與PCB設(shè)計(jì)密切相關(guān)，以下為PCB設(shè)計(jì)中的幾個(gè)要點(diǎn)。

• 器件布局的原則是按照信號(hào)流向放置，應(yīng)盡量縮短防雷管與RJ45之間的距離；
• 網(wǎng)絡(luò)變壓器與RJ45之間走線應(yīng)盡量短，高速差分線嚴(yán)格按照等長處理，誤差通常控制在5mil，阻抗控制在100Ω±10%；
• 次級(jí)參考平面與初級(jí)參考平面隔離，隔離帶寬度80-100mil，隔離帶內(nèi)應(yīng)保證沒有電源和地層存在；
• 次級(jí)參考平面鋪設(shè)僅限于網(wǎng)絡(luò)變壓器與防雷管之間，防雷管與RJ45之間的信號(hào)線不需要鋪參考平面，防止干擾通過參考平面耦合至次級(jí)；
• 網(wǎng)絡(luò)變壓器與PHY芯片之間的高速信號(hào)走線盡量短，最大長度480mil，差分信號(hào)終端電阻（49.9Ω）須靠近PHY芯片的TX±、RX±管腳放置，消除通信電纜中的信號(hào)反射。電阻接電源還是通過電容接地，一般由PHY芯片決定，PHY到網(wǎng)絡(luò)變壓器部分PCB設(shè)計(jì)如下圖所示：

穩(wěn)定可靠的硬件開發(fā)需要理論與實(shí)踐相結(jié)合，注意設(shè)計(jì)要點(diǎn)才能避免“踩坑”。Vanxoak專注于嵌入式軟硬件產(chǎn)品的研發(fā)、定制、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)，產(chǎn)品已在物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制、軌道交通、醫(yī)療電子、電力電子、新能源、石油化工、重工機(jī)械、環(huán)保等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。