淺談網(wǎng)口電路的PCB設(shè)計(jì)

劉瑤　劉曉雪　毛琳娜　李楠

摘 要：對(duì)網(wǎng)口電路PCB設(shè)計(jì)中的常見問(wèn)題及解決技術(shù)進(jìn)行了研究。RJ45接口通常用于數(shù)據(jù)傳輸，最常見的應(yīng)用為網(wǎng)卡接口封裝。在PCB設(shè)計(jì)中要考慮信號(hào)的傳輸距離，隔離外部環(huán)境對(duì)芯片的影響，并減少周圍設(shè)備的相互影響。

關(guān)鍵詞：PCB；網(wǎng)口；電路；設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TN41；TN402 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）14-0138-01

現(xiàn)代社會(huì)因互聯(lián)網(wǎng)得以高速發(fā)展。在實(shí)際的PCB設(shè)計(jì)中，網(wǎng)口是最常見的且非常重要的部分之一，作為PCB中的常見電路，網(wǎng)口在處理上有自己的方式。本文對(duì)網(wǎng)口以及其在實(shí)際PCB設(shè)計(jì)中的要求作簡(jiǎn)單介紹。

1 網(wǎng)口簡(jiǎn)介

1.1 網(wǎng)口

常規(guī)網(wǎng)口為8個(gè)信號(hào)管腳，如果帶燈，則多4個(gè)管腳。網(wǎng)口封裝一般命名為RJ45，網(wǎng)口的辨別非常簡(jiǎn)單，8個(gè)獨(dú)立的信號(hào)管腳，兩排4個(gè)，互相交錯(cuò)。封裝的肯定是網(wǎng)口，但是接的信號(hào)不一定是以太網(wǎng)信號(hào)，也可能是定義的其他信號(hào)。網(wǎng)口分為百兆網(wǎng)口和千兆網(wǎng)口，百兆網(wǎng)口只有2對(duì)差分，即4條線，對(duì)應(yīng)的管腳分別為1，2，3，6；而千兆的網(wǎng)口則有4對(duì)差分線，對(duì)應(yīng)剩余的4，5，7，8管腳。

1.2 網(wǎng)絡(luò)變壓器

在以太網(wǎng)設(shè)備中通過(guò)PHY接RJ45時(shí)，中間都會(huì)加一個(gè)網(wǎng)絡(luò)變壓器。變壓器的作用有以下幾點(diǎn)：①中心抽頭接地或接電源是根據(jù)所用PHY芯片的UTP口驅(qū)動(dòng)類型決定的。驅(qū)動(dòng)分為電壓驅(qū)動(dòng)和電流驅(qū)動(dòng)，電壓驅(qū)動(dòng)接電源，電流驅(qū)動(dòng)直接通過(guò)電容接地。因此，不同芯片中心抽頭的接法還要參考芯片手冊(cè)的要求或者參考設(shè)計(jì)。②接電源時(shí)，又要接到不同的電壓，這是由所用PHY芯片資料里規(guī)定的 UTP端口電平?jīng)Q定的。根據(jù)端口電平?jīng)Q定相應(yīng)電壓，即如果是2.5 V，則上接到2.5 V；如果是3.3 V，則上接到3.3 V。③接或不接變壓器決定于是否要求遠(yuǎn)距離傳輸。網(wǎng)絡(luò)變壓器主要用于信號(hào)電平耦合，它可以增強(qiáng)信號(hào)，使信號(hào)傳輸?shù)木嚯x更遠(yuǎn)，還可以使芯片端與外部隔離，增強(qiáng)抗干擾能力，起到保護(hù)芯片的作用。另外，當(dāng)接到不同電平的網(wǎng)口時(shí)，會(huì)減少對(duì)彼此設(shè)備的影響。

1.3 PHY芯片

網(wǎng)卡工作在OSI的最后兩層，即物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。物理層的芯片稱為PHY，以太網(wǎng)卡中數(shù)據(jù)鏈路層的芯片稱為MAC控制芯片，兩者之間的關(guān)系是PCI總線接MAC總線，MAC接PHY芯片，PHY芯片則通過(guò)變壓器與網(wǎng)線連接。

2 網(wǎng)口電路在PCB設(shè)計(jì)中的實(shí)際應(yīng)用

在實(shí)際的PCB設(shè)計(jì)中，網(wǎng)口一般由網(wǎng)口連接器、隔離變壓器、濾波電路和匹配電阻組成，部分網(wǎng)口還由防護(hù)電路（防護(hù)電路一般由穩(wěn)壓二極管或三極管一類的電路組成）和Smith電路組成。在設(shè)計(jì)中，需要對(duì)這些網(wǎng)口電路的組成部分進(jìn)行合理的布局、布線，網(wǎng)口布局、布線中的一些基本要求如下。

2.1 網(wǎng)口布局要求

網(wǎng)口布局的要求主要有以下幾點(diǎn)：①由于變壓器布局靠近RJ45，所以距離應(yīng)控制在2.54 cm以內(nèi)；與PHY也要盡可能地靠近；匹配電阻一定要靠近PHY擺放，一般放表層，如果空間不足可以放底層。②濾波電容（0.1 μF）或磁珠分布在變壓器中心抽頭的每個(gè)PIN中，初次級(jí)都會(huì)用到RC濾波，為了得到更好的濾波效果，這些濾波電容都靠近中心抽頭的PIN腳放置，一般放于背面PIN腳的下邊；然后，電容接地的一端朝向變壓器的外端，這樣地孔正好可以和差分信號(hào)孔共用，作為信號(hào)的回流地孔。③一般情況下，變壓器下方需要全部掏空，網(wǎng)口部分通過(guò)磁珠或者0歐電阻獨(dú)立出來(lái)，跨接器件均勻放在分割線上。

2.2 網(wǎng)口布線要求

以上每組收發(fā)各自等長(zhǎng)，一般組內(nèi)每根等長(zhǎng)控制在±1.27 mm。

除了信號(hào)組成外，網(wǎng)口布線還有以下幾點(diǎn)要求：①網(wǎng)口信號(hào)由多對(duì)差分線組成，部分網(wǎng)口有ESD要求。初極端的差分線可以忽略阻抗要求，雖然一般忽略阻抗，但是如果網(wǎng)口全部掏空，線寬就可盡量加粗（一般為0.3 mm），這樣可以使阻抗更匹配；次級(jí)差分按照100 Ω的差分要求處理，且保持走線最短。②變壓器中心抽頭經(jīng)電容接地的信號(hào)線需加粗，一般加粗到0.5 mm。③凡是變壓器中間對(duì)應(yīng)的所有層務(wù)必全部掏空，添加ANTI ETCH-ALL，寬度一般在2.54 mm以上。④變壓器下方不能穿過(guò)任何信號(hào)，信號(hào)也不能從初次級(jí)間跨過(guò)。⑤RJ45與整板地隔離開，分割線大于1 mm，通過(guò)磁珠或者0歐電阻與整板地相接。⑥PHY芯片的收發(fā)信號(hào)最好做到同層。

以上布局、布線要求是相對(duì)于理想狀態(tài)下的規(guī)范，在實(shí)際的PCB設(shè)計(jì)中，可能會(huì)受板框等原因限制而不能全部做到，這就要根據(jù)實(shí)際情況作出相應(yīng)的調(diào)整。

以上網(wǎng)口相關(guān)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，希望對(duì)大家有所幫助，如有不足，請(qǐng)多多指教！

參考文獻(xiàn)

[1]王全保.新編電子變壓器手冊(cè)[M].沈陽(yáng)：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2007.

〔編輯：李玨〕

Abstract： The network interface circuit PCB design techniques common problems and solutions were studied. RJ45 interface is typically used for data transmission， the most common applications for the network interface package. PCB designs to be considered in the signal transmission distance， isolation affect the external environment on the chip and reduce interaction surrounding equipment.

Key words： PCB； network port； circuit； design

摘 要：對(duì)網(wǎng)口電路PCB設(shè)計(jì)中的常見問(wèn)題及解決技術(shù)進(jìn)行了研究。RJ45接口通常用于數(shù)據(jù)傳輸，最常見的應(yīng)用為網(wǎng)卡接口封裝。在PCB設(shè)計(jì)中要考慮信號(hào)的傳輸距離，隔離外部環(huán)境對(duì)芯片的影響，并減少周圍設(shè)備的相互影響。

關(guān)鍵詞：PCB；網(wǎng)口；電路；設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TN41；TN402 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）14-0138-01

現(xiàn)代社會(huì)因互聯(lián)網(wǎng)得以高速發(fā)展。在實(shí)際的PCB設(shè)計(jì)中，網(wǎng)口是最常見的且非常重要的部分之一，作為PCB中的常見電路，網(wǎng)口在處理上有自己的方式。本文對(duì)網(wǎng)口以及其在實(shí)際PCB設(shè)計(jì)中的要求作簡(jiǎn)單介紹。

1 網(wǎng)口簡(jiǎn)介

1.1 網(wǎng)口

常規(guī)網(wǎng)口為8個(gè)信號(hào)管腳，如果帶燈，則多4個(gè)管腳。網(wǎng)口封裝一般命名為RJ45，網(wǎng)口的辨別非常簡(jiǎn)單，8個(gè)獨(dú)立的信號(hào)管腳，兩排4個(gè)，互相交錯(cuò)。封裝的肯定是網(wǎng)口，但是接的信號(hào)不一定是以太網(wǎng)信號(hào)，也可能是定義的其他信號(hào)。網(wǎng)口分為百兆網(wǎng)口和千兆網(wǎng)口，百兆網(wǎng)口只有2對(duì)差分，即4條線，對(duì)應(yīng)的管腳分別為1，2，3，6；而千兆的網(wǎng)口則有4對(duì)差分線，對(duì)應(yīng)剩余的4，5，7，8管腳。

1.2 網(wǎng)絡(luò)變壓器

在以太網(wǎng)設(shè)備中通過(guò)PHY接RJ45時(shí)，中間都會(huì)加一個(gè)網(wǎng)絡(luò)變壓器。變壓器的作用有以下幾點(diǎn)：①中心抽頭接地或接電源是根據(jù)所用PHY芯片的UTP口驅(qū)動(dòng)類型決定的。驅(qū)動(dòng)分為電壓驅(qū)動(dòng)和電流驅(qū)動(dòng)，電壓驅(qū)動(dòng)接電源，電流驅(qū)動(dòng)直接通過(guò)電容接地。因此，不同芯片中心抽頭的接法還要參考芯片手冊(cè)的要求或者參考設(shè)計(jì)。②接電源時(shí)，又要接到不同的電壓，這是由所用PHY芯片資料里規(guī)定的 UTP端口電平?jīng)Q定的。根據(jù)端口電平?jīng)Q定相應(yīng)電壓，即如果是2.5 V，則上接到2.5 V；如果是3.3 V，則上接到3.3 V。③接或不接變壓器決定于是否要求遠(yuǎn)距離傳輸。網(wǎng)絡(luò)變壓器主要用于信號(hào)電平耦合，它可以增強(qiáng)信號(hào)，使信號(hào)傳輸?shù)木嚯x更遠(yuǎn)，還可以使芯片端與外部隔離，增強(qiáng)抗干擾能力，起到保護(hù)芯片的作用。另外，當(dāng)接到不同電平的網(wǎng)口時(shí)，會(huì)減少對(duì)彼此設(shè)備的影響。

1.3 PHY芯片

網(wǎng)卡工作在OSI的最后兩層，即物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。物理層的芯片稱為PHY，以太網(wǎng)卡中數(shù)據(jù)鏈路層的芯片稱為MAC控制芯片，兩者之間的關(guān)系是PCI總線接MAC總線，MAC接PHY芯片，PHY芯片則通過(guò)變壓器與網(wǎng)線連接。

2 網(wǎng)口電路在PCB設(shè)計(jì)中的實(shí)際應(yīng)用

在實(shí)際的PCB設(shè)計(jì)中，網(wǎng)口一般由網(wǎng)口連接器、隔離變壓器、濾波電路和匹配電阻組成，部分網(wǎng)口還由防護(hù)電路（防護(hù)電路一般由穩(wěn)壓二極管或三極管一類的電路組成）和Smith電路組成。在設(shè)計(jì)中，需要對(duì)這些網(wǎng)口電路的組成部分進(jìn)行合理的布局、布線，網(wǎng)口布局、布線中的一些基本要求如下。

2.1 網(wǎng)口布局要求

網(wǎng)口布局的要求主要有以下幾點(diǎn)：①由于變壓器布局靠近RJ45，所以距離應(yīng)控制在2.54 cm以內(nèi)；與PHY也要盡可能地靠近；匹配電阻一定要靠近PHY擺放，一般放表層，如果空間不足可以放底層。②濾波電容（0.1 μF）或磁珠分布在變壓器中心抽頭的每個(gè)PIN中，初次級(jí)都會(huì)用到RC濾波，為了得到更好的濾波效果，這些濾波電容都靠近中心抽頭的PIN腳放置，一般放于背面PIN腳的下邊；然后，電容接地的一端朝向變壓器的外端，這樣地孔正好可以和差分信號(hào)孔共用，作為信號(hào)的回流地孔。③一般情況下，變壓器下方需要全部掏空，網(wǎng)口部分通過(guò)磁珠或者0歐電阻獨(dú)立出來(lái)，跨接器件均勻放在分割線上。

2.2 網(wǎng)口布線要求

以上每組收發(fā)各自等長(zhǎng)，一般組內(nèi)每根等長(zhǎng)控制在±1.27 mm。

除了信號(hào)組成外，網(wǎng)口布線還有以下幾點(diǎn)要求：①網(wǎng)口信號(hào)由多對(duì)差分線組成，部分網(wǎng)口有ESD要求。初極端的差分線可以忽略阻抗要求，雖然一般忽略阻抗，但是如果網(wǎng)口全部掏空，線寬就可盡量加粗（一般為0.3 mm），這樣可以使阻抗更匹配；次級(jí)差分按照100 Ω的差分要求處理，且保持走線最短。②變壓器中心抽頭經(jīng)電容接地的信號(hào)線需加粗，一般加粗到0.5 mm。③凡是變壓器中間對(duì)應(yīng)的所有層務(wù)必全部掏空，添加ANTI ETCH-ALL，寬度一般在2.54 mm以上。④變壓器下方不能穿過(guò)任何信號(hào)，信號(hào)也不能從初次級(jí)間跨過(guò)。⑤RJ45與整板地隔離開，分割線大于1 mm，通過(guò)磁珠或者0歐電阻與整板地相接。⑥PHY芯片的收發(fā)信號(hào)最好做到同層。

以上布局、布線要求是相對(duì)于理想狀態(tài)下的規(guī)范，在實(shí)際的PCB設(shè)計(jì)中，可能會(huì)受板框等原因限制而不能全部做到，這就要根據(jù)實(shí)際情況作出相應(yīng)的調(diào)整。

以上網(wǎng)口相關(guān)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，希望對(duì)大家有所幫助，如有不足，請(qǐng)多多指教！

參考文獻(xiàn)

[1]王全保.新編電子變壓器手冊(cè)[M].沈陽(yáng)：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2007.

〔編輯：李玨〕

Abstract： The network interface circuit PCB design techniques common problems and solutions were studied. RJ45 interface is typically used for data transmission， the most common applications for the network interface package. PCB designs to be considered in the signal transmission distance， isolation affect the external environment on the chip and reduce interaction surrounding equipment.

Key words： PCB； network port； circuit； design

摘 要：對(duì)網(wǎng)口電路PCB設(shè)計(jì)中的常見問(wèn)題及解決技術(shù)進(jìn)行了研究。RJ45接口通常用于數(shù)據(jù)傳輸，最常見的應(yīng)用為網(wǎng)卡接口封裝。在PCB設(shè)計(jì)中要考慮信號(hào)的傳輸距離，隔離外部環(huán)境對(duì)芯片的影響，并減少周圍設(shè)備的相互影響。

關(guān)鍵詞：PCB；網(wǎng)口；電路；設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TN41；TN402 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）14-0138-01

現(xiàn)代社會(huì)因互聯(lián)網(wǎng)得以高速發(fā)展。在實(shí)際的PCB設(shè)計(jì)中，網(wǎng)口是最常見的且非常重要的部分之一，作為PCB中的常見電路，網(wǎng)口在處理上有自己的方式。本文對(duì)網(wǎng)口以及其在實(shí)際PCB設(shè)計(jì)中的要求作簡(jiǎn)單介紹。

1 網(wǎng)口簡(jiǎn)介

1.1 網(wǎng)口

常規(guī)網(wǎng)口為8個(gè)信號(hào)管腳，如果帶燈，則多4個(gè)管腳。網(wǎng)口封裝一般命名為RJ45，網(wǎng)口的辨別非常簡(jiǎn)單，8個(gè)獨(dú)立的信號(hào)管腳，兩排4個(gè)，互相交錯(cuò)。封裝的肯定是網(wǎng)口，但是接的信號(hào)不一定是以太網(wǎng)信號(hào)，也可能是定義的其他信號(hào)。網(wǎng)口分為百兆網(wǎng)口和千兆網(wǎng)口，百兆網(wǎng)口只有2對(duì)差分，即4條線，對(duì)應(yīng)的管腳分別為1，2，3，6；而千兆的網(wǎng)口則有4對(duì)差分線，對(duì)應(yīng)剩余的4，5，7，8管腳。

1.2 網(wǎng)絡(luò)變壓器

在以太網(wǎng)設(shè)備中通過(guò)PHY接RJ45時(shí)，中間都會(huì)加一個(gè)網(wǎng)絡(luò)變壓器。變壓器的作用有以下幾點(diǎn)：①中心抽頭接地或接電源是根據(jù)所用PHY芯片的UTP口驅(qū)動(dòng)類型決定的。驅(qū)動(dòng)分為電壓驅(qū)動(dòng)和電流驅(qū)動(dòng)，電壓驅(qū)動(dòng)接電源，電流驅(qū)動(dòng)直接通過(guò)電容接地。因此，不同芯片中心抽頭的接法還要參考芯片手冊(cè)的要求或者參考設(shè)計(jì)。②接電源時(shí)，又要接到不同的電壓，這是由所用PHY芯片資料里規(guī)定的 UTP端口電平?jīng)Q定的。根據(jù)端口電平?jīng)Q定相應(yīng)電壓，即如果是2.5 V，則上接到2.5 V；如果是3.3 V，則上接到3.3 V。③接或不接變壓器決定于是否要求遠(yuǎn)距離傳輸。網(wǎng)絡(luò)變壓器主要用于信號(hào)電平耦合，它可以增強(qiáng)信號(hào)，使信號(hào)傳輸?shù)木嚯x更遠(yuǎn)，還可以使芯片端與外部隔離，增強(qiáng)抗干擾能力，起到保護(hù)芯片的作用。另外，當(dāng)接到不同電平的網(wǎng)口時(shí)，會(huì)減少對(duì)彼此設(shè)備的影響。

1.3 PHY芯片

網(wǎng)卡工作在OSI的最后兩層，即物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。物理層的芯片稱為PHY，以太網(wǎng)卡中數(shù)據(jù)鏈路層的芯片稱為MAC控制芯片，兩者之間的關(guān)系是PCI總線接MAC總線，MAC接PHY芯片，PHY芯片則通過(guò)變壓器與網(wǎng)線連接。

2 網(wǎng)口電路在PCB設(shè)計(jì)中的實(shí)際應(yīng)用

在實(shí)際的PCB設(shè)計(jì)中，網(wǎng)口一般由網(wǎng)口連接器、隔離變壓器、濾波電路和匹配電阻組成，部分網(wǎng)口還由防護(hù)電路（防護(hù)電路一般由穩(wěn)壓二極管或三極管一類的電路組成）和Smith電路組成。在設(shè)計(jì)中，需要對(duì)這些網(wǎng)口電路的組成部分進(jìn)行合理的布局、布線，網(wǎng)口布局、布線中的一些基本要求如下。

2.1 網(wǎng)口布局要求

網(wǎng)口布局的要求主要有以下幾點(diǎn)：①由于變壓器布局靠近RJ45，所以距離應(yīng)控制在2.54 cm以內(nèi)；與PHY也要盡可能地靠近；匹配電阻一定要靠近PHY擺放，一般放表層，如果空間不足可以放底層。②濾波電容（0.1 μF）或磁珠分布在變壓器中心抽頭的每個(gè)PIN中，初次級(jí)都會(huì)用到RC濾波，為了得到更好的濾波效果，這些濾波電容都靠近中心抽頭的PIN腳放置，一般放于背面PIN腳的下邊；然后，電容接地的一端朝向變壓器的外端，這樣地孔正好可以和差分信號(hào)孔共用，作為信號(hào)的回流地孔。③一般情況下，變壓器下方需要全部掏空，網(wǎng)口部分通過(guò)磁珠或者0歐電阻獨(dú)立出來(lái)，跨接器件均勻放在分割線上。

2.2 網(wǎng)口布線要求

以上每組收發(fā)各自等長(zhǎng)，一般組內(nèi)每根等長(zhǎng)控制在±1.27 mm。

除了信號(hào)組成外，網(wǎng)口布線還有以下幾點(diǎn)要求：①網(wǎng)口信號(hào)由多對(duì)差分線組成，部分網(wǎng)口有ESD要求。初極端的差分線可以忽略阻抗要求，雖然一般忽略阻抗，但是如果網(wǎng)口全部掏空，線寬就可盡量加粗（一般為0.3 mm），這樣可以使阻抗更匹配；次級(jí)差分按照100 Ω的差分要求處理，且保持走線最短。②變壓器中心抽頭經(jīng)電容接地的信號(hào)線需加粗，一般加粗到0.5 mm。③凡是變壓器中間對(duì)應(yīng)的所有層務(wù)必全部掏空，添加ANTI ETCH-ALL，寬度一般在2.54 mm以上。④變壓器下方不能穿過(guò)任何信號(hào)，信號(hào)也不能從初次級(jí)間跨過(guò)。⑤RJ45與整板地隔離開，分割線大于1 mm，通過(guò)磁珠或者0歐電阻與整板地相接。⑥PHY芯片的收發(fā)信號(hào)最好做到同層。

以上布局、布線要求是相對(duì)于理想狀態(tài)下的規(guī)范，在實(shí)際的PCB設(shè)計(jì)中，可能會(huì)受板框等原因限制而不能全部做到，這就要根據(jù)實(shí)際情況作出相應(yīng)的調(diào)整。

以上網(wǎng)口相關(guān)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，希望對(duì)大家有所幫助，如有不足，請(qǐng)多多指教！

參考文獻(xiàn)

[1]王全保.新編電子變壓器手冊(cè)[M].沈陽(yáng)：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2007.

〔編輯：李玨〕

Abstract： The network interface circuit PCB design techniques common problems and solutions were studied. RJ45 interface is typically used for data transmission， the most common applications for the network interface package. PCB designs to be considered in the signal transmission distance， isolation affect the external environment on the chip and reduce interaction surrounding equipment.

Key words： PCB； network port； circuit； design