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[经验] 如何设计BTC DVK-NXP MK64中的以太网硬件?

2019-9-12 09:05:05  160 以太网 PCB
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本文将以BTC DVK-NXP MK64 为例子讲述以太网的硬件设计,首先会大概介绍以太网的相关知识,接着会结合 DVK 中的 PCB 设计介绍以太网硬件设计的相关知识。

相关经验

vctwetrwer 2019-9-12 14:57:35
二、以太网相关知识

2.1 什么是以太网

以太网最早由 Xerox 公司创建,于 1980 年 DEC、Intel 和 Xerox 三家公司联合开发成为一个标准,以太网是应用最广泛的局域网,包括标准的以太网(10Mbit/s)、快速以太网(100Mbit/s)和 10 G(10Gbit/s)以太网,他们都符合 IEEE802.3 标准。
IEEE802.3规定了包括物理层的连线、电信号和介质访问层协议的内容。
2.2 以太网的硬件组成

如图所示,以太网的硬件主要由以下几部分组成:

下面分别介绍这几部分的作用
(1)controller 的作用主要负责通信前对 MAC 和 PHY 芯片的初始化工作,以及负责以太网传输过程中数据链路层以上协议的部分。
(2)MAC 即 Media Access Control,即媒体访问控制子层协议,该协议位于数据链路层协议的下半部分,主要负责控制与连接物理层的物理介质。
         以太网的数据链路层包括 MAC 子层和 LLC 子层,MAC 芯片的作用不仅要实现 MAC 子层和 LLC 子层,还要提供规范的 PCI 接口以实现和主机的数据通信。
(3)PHY 是物理接收收发器,它实现物理层,IEEE-802.3 标准定义了以太网 PHY,包括 MII/GMII(介质独立接口)子层,PCS (物理编码子层)、PMA(物理介质附加)子层、PMD(物理介质相关)子层、MDI 子层。
(4)RJ45 网口有以下几个作用,首先它将 PHY 送出来的差分信号用差模耦合的线圈耦合滤波以增强信号,提高传输距离,其次,避免 PHY 芯片跟外部网线直接相连,降低芯片损坏的概率。另外,RJ45 中的变压器可以耐 2KV~3KV 的电压,也可以起到防雷的作用。
(5)DMA controller 的作用在于搬运数据,降低主控的压力,实际应用中 DMA controller不是必须存在的。


以上芯片并不一定的单独的芯片,大致有以下几种组合类型:
(1)controller 集成 MAC 和 PHY
(2)controller 集成 MAC,PHY 采用独立芯片
(3)controller 不集成 MAC 和 PHY,MAC 和 PHY 采用集成芯片


BTC DVK-NXP MK64 这套DVK 中采用的就是第二种组合,主控 MK64 集成以太网 MAC 芯片,PHY 采用独立芯片。

2.3 RMII 接口

RMII 接口,即精简媒体独立接口,该接口减少了以太网通信所需要的引脚数,其信号线组成如下图所示:

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上海汽车055 2019-9-12 14:57:37
三、以太网硬件设计

3.1 以太网电路原理图设计

BTC DVK-NXP MK64 中的以太网电路原理图如下所示:


以太网的原理图设计需要根据所选的芯片以及网口参照手册进行设计,在此不详细叙述。
3.2 以太网电路PCB Layout

(1)PHY 芯片的去耦电容尽量靠近电源引脚,以保证 PHY 的电源保持稳定


(2)PHY 的时钟源尽量靠近 PHY 芯片并且尽量远离接口、板边以及高频信号线


(3)优先对差分线进行布线,尽量保持差分线平行、等长、短距、避免过孔、交叉,长度差通常控制在 ±5 mil 以内


(4)当速度的要求高时需对差分对做阻抗控制,通常阻抗控制在 100 Ω± 10%
(5)变压器中心抽头对地的滤波电容尽量靠近变压器引脚,保证引线最短,分布电感最小。


关于以太网 PCB Layout 的要点大致就这些了,笔者水平有限,欢迎交流指正。

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