網(wǎng)絡接口布線設計簡要說明

1、網(wǎng)絡接口（ RJ45 ）布線設計簡要說明在嵌入式工控系統(tǒng)中，常用的是10Mbps/100Mbps網(wǎng)絡接口。但是由于CPU 快速的發(fā)展，1000Mbps網(wǎng)絡也開始在嵌入式系統(tǒng)中使用。它們的通訊頻率都是 100BASE-TX標準：125MHz。英創(chuàng)公司的ESM6802嵌入式主板，可以提供 1000Mbps 網(wǎng)絡接口，符合 1000BASE-T（ IEEE802.3ab）標準。對于10Mbps/100Mbps兼容網(wǎng)絡，有2對差分信號線，TX（ TX+、TX-）和 RX（RX+、RX-），信號TX與RX是相互獨立的信號線。對于英創(chuàng)公司提供的1000Mbps網(wǎng)絡，可以向下兼容10Mbps/100Mbps

2、網(wǎng) 絡，使用4對差分信號線，數(shù)據(jù)傳輸時，會使用全部4對差分信號線。所以對于PCB 走線，要求更高。然而不少的客戶在對以太網(wǎng)端口進行布線設計時，并沒有按照以太網(wǎng)信號的差 分、阻抗要求進行設計，或者沒有考慮網(wǎng)絡端口的ESD相關(guān)問題，最終導致一部份 設備會出現(xiàn)無法預期的異常，或出現(xiàn)損壞率很高的情況。這篇文章會基于英創(chuàng)公司的嵌入式工控主板接口，簡單描述網(wǎng)絡接口設計時需 要注意的地方，以提高產(chǎn)品的穩(wěn)定與可靠性。同于網(wǎng)絡通訊常用的UTP CAT5e網(wǎng)線，在1Mhz-100Mhz頻率下，為100歐阻抗，所以為了得到更好的信號傳輸特性，PCB板上的每對差分信號線也需要設 計/生產(chǎn)為100歐阻抗。例如，在ESM

3、ARC EVB V5.0中，每對網(wǎng)絡差分信號線的 線寬為7mil，線距為8mil，在PCB加工生產(chǎn)說明文檔/郵件中，就提出阻抗要求： （線寬-線距-線寬）7mil-8mil-7mil，阻抗100歐。一般情況下，PCB廠家會根據(jù)你的要求，重新調(diào)整銅皮，使信號線的阻抗在要求值的+/-10以內(nèi)，即可滿足要求。為了保證高頻差分信號線上的信號相位差足夠小，需要盡可能保證每一對差分 信號線長一致，或控制最大線差長度。對于網(wǎng)絡通訊信號線，將信號線最大長度差 控制在+/-25mil以內(nèi)即可。對于10Mbps/100Mbps網(wǎng)絡，它的TX、RX通訊線 是相對獨立的，所以可以分別控制它TX、RX差分線長度。對于1

4、000Mbps網(wǎng)絡， 它的4對差分信號需要同時進行數(shù)據(jù)傳輸所以對于1000Mbps網(wǎng)絡接口的布線， 不僅需要對每一對差分線的線長差進行控制，同時也要控制這4對差分線之間的線 長差。每一對差分信號線的線距，要大于等于每條信號線的線寬，以滿足電路板的 EMI要求。如ESMARC EVB V5.0中，網(wǎng)絡信號線的線寬為7mil，差分線的線距為 8mil。以下，以ESMARC EVB V5.0評估底板為例，舉例說明。圖1圖2圖1是CN8-1 1000Mbps網(wǎng)絡接口 PCB走線，圖2是CN8-210Mbps/1000Mbps網(wǎng)絡接口 PCB走線。從圖上可以明顯地知道，每一對差分信號線均嚴格按差分走線要

5、求進行PCB走線。|neti_txLIIcH3H3湖1000Mbps囪崩口 ( CN81 )冊燒木網(wǎng)哪港a。短哪港凹WW EDA H-fl-ws也。brH-fl-sNETlTX 湖 1000MD0、NET1RX 湖 1000MD1、M g-bgNsa血廈燒冊B加31000MD2, 1000MD3、計回ffim1000Mbps 囪崩ffl PCB 、1000MD2, 1000MD3 SSSWU5 畫 、陸N 畫&4監(jiān) 4。乏一 sass、lis 木網(wǎng)ffi淋民與Mr新Hr瞟iffra1000Mbps，3iJlm。11血J P(2 HghkFAvense Lwgth1即心況_戚1882 513麗1

6、OOM_NET2_1X15網(wǎng).瞪?怖1 OODM-021936.0mH1000M_D3HEO-CLK3975 一 551 麗HDMLDO3951.3milHDMLD13958.222milHDMD.D2357.9milNEP-RXsmecsmiiNETl.TX2W509milNET2_RXSSoKhnilNET2_TX557.8 4milUSB-OTG6卸5 912時lUSB137?7.713rrtilUSB23799.77milUSB35O99.99milUSBl5&97.7?Smil圖4是10Mbps/100Mbps網(wǎng)絡接口（CN8-2 ）走線長度參數(shù)值。從參數(shù)上可 以看到，對于100Mb

7、ps網(wǎng)絡接口，TX與RX這兩對差分信號線長度是獨立地、各 自控制線長。17 DiFertrtirf Pairs 1 HighlSX】DesiinaiiMAverage Length1 網(wǎng) M_NET?_RX13?,51 加 1M100MJ此也TX 1000M_D21 叩M_D3157D.S37mil 193ED48jnil 193 網(wǎng)*milHDMIjCLK39?5551fllilTg Add： DeleteJVr Edit2 瞄(0 Hht 叫N*meRouted Len/h1891.2 58mi I1CDM_TF=2*(*)1C0M_TPRX2-(-)在圖5中所表示的，是100M_NET2

8、_RX這對差分信號線，它的兩條信號線(100M_TPRX2 +、100M_TPRX2-)長度差約為20mil，滿足網(wǎng)絡通訊的差分走線 設計要求。除了按照差分要求走線、以及PCB線長控制以外，還需要注意，信號線從端口 出線后，要盡可能早地讓兩條信號線進行等長處理。如下圖所示：圖6圖7圖6中，差分信號線的出線是對稱的，所以出線后，直接按照差分走線即可。 在圖7中，由于差分信號線出線是不對稱的，所以出線后，要盡可能早地先進行信 號線等長處理，然后再按照正常差分信號線進行走線。2、網(wǎng)絡端口的ESD保護由于網(wǎng)絡應用的特殊性，網(wǎng)絡端口是很容易受外界信號的干擾，所以系統(tǒng)的網(wǎng) 絡信號必須通過1:1的網(wǎng)絡變壓器

9、以后，才能再接入到RJ45插座上，如英創(chuàng)公司 使用的一體化 10Mbps/100Mbps 網(wǎng)絡接口 HR871181A，1000Mbps 網(wǎng)絡接口 HR851178C，內(nèi)部均有1:1網(wǎng)絡隔離變壓器與共模電感線圈(如圖8所示)，這 樣可以有效地阻止通訊線上的共模干擾信號，同時也可以防止直流干擾信號對系統(tǒng) 網(wǎng)絡驅(qū)動器的損壞。6-l&HK-s 。朝stlrlng善蜩匡毋2asw tes sudwofl 咔qslui asLUgntswllswH、食叩w50.5I8nz 形 H 8HI名toas圖9所示，為網(wǎng)絡端口專用ESD保護器件在PCB板上，靠近RJ45網(wǎng)絡端口引 線。圖10所示為ESMARC EVB電路中，針對網(wǎng)