PCB模块化设计09——RJ45-以太网口PCB布局布线设计规范

1、以太网口概述

以太网（Ethernet）是一种计算机局域网组网技术，该技术基于IEEE制定的IEEE 802.3标准，它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。

以太网是当前应用最普遍的局域网技术。Ethernet的接口是实质是MAC通过MII总线控制PHY的过程。

以太网接口电路主要由MAC控制器和物理层接口（Physical Layer，PHY）两大部分构成，目前常见的以太网接口芯片，如LXT971、RTL8019、RTL8201、、CS8900、DM9008 等，其内部结构也主要包含这两部分。一般32位处理器内部实际上已包含了以太网MAC控制，但并未提供物理层接口，因此，需外接一片物理层芯片以提供以太网的接入通道。

常用的单口10M/100Mbps 高速以太网物理层接口器件主要有 RTL8201、LXT971等，均提供MII接口和传统7线制网络接口，可方便的与CPU接口。以太网物理层接口器件主要功能一般包括：物理编码子层、物理媒体附件、双绞线物理媒体子层、10BASE-TX 编码/解码器和双绞线媒体访问单元等。

2、RJ45的典型应用

RJ45常用于路由器、工业控制板、消费TV-Dangle以及一些特殊平板案例里面。

图1 常见RJ45接口的应用案例

3、以太网的典型电路设计

常见RJ45接口可以分为集成型（集成网络变压器和RJ45）和非集成型（网络变压器和RJ45分离）两种。

①集成网络变压器的RJ45设计方式

图2 集成型RJ45接口

②变压器分离的的RJ45设计方式

图3 非集成型RJ45接口

4、布局要求

1）变压器和RJ45接口分离的情况下，如图4所示，RJ45接口和变压器之间的距离尽可能的缩短（在满足工艺要求的情况下）；

图4 变压器和RJ45接口的间距

2）以太网转换芯片PHY和变压器之间的距离也应该尽可能的短，距离一般不超过5inch，若RJ45接口自带变压器，则以太网转换芯片尽可能的靠近RJ45接口放置，如5所示。

图5 PHY芯片的间距要求

3）如图6所示交流端接电阻的放置，一般先按照芯片手册推荐的放置，有的芯片会要求放置在以太网转换器端，如没有特殊要求，就靠近以太网转换芯片放置；

图6 交流端接电阻的放置
4）复位电路信号应当尽可能的靠近以太网转换芯片，如果可能的话应当远离TX+/-、RX+/-差分信号和时钟信号；

5）时钟电路应当尽可能的靠近以太网转换芯片，远离电路板的边缘以及其它高频信号、IO端口走线和其它磁性元器件；

根据以上布局要求，总体布局示意可以归纳如图7所示

图7 RJ45布局总体示意图

5、布线要求

1）TX+,TX-和RX+,RX-尽量走表层，这两组差分对之间的间距至少4w以上,对内的等长约束为5mil,两组差分对之间不需要等长，如图4-22。

图8 RX、TX差分布线要求

2）考虑到变压器为干扰源，变压器下面所有层需要进行挖空处理，挖到变压器的丝印即可，不用挖到焊盘，如图9。

图9 变压器本体下面挖空

3)PHY芯片到CPU的发送部分（ GTX_CLK\TX_EN\TX_ER\TXD[7:0]）和接收部分（GRX_CLK\RX_DV\RX_ER\RXD[7:0]）要分开布线，不要将接收和发送网络混合布线、线与线直接的间距满足3W，RX和TX分别等长，等长范围在100mil，阻抗控制50欧姆。

4）电源信号的走线，包括退耦电容的走线、电源线、地线应保持短而宽，退耦电容上的过孔直径最好稍大一点，每一个电容都应该有一个独立的过孔到地，不要共用地过孔；

5）交流端接一般要通过电阻以后再连接到芯片或者变压器上面，不允许有STUB线的出现；

6）对于千兆以太网的差分对，要优先选择最优的信号层进行布线，过孔的数量不要超过两个，并且打孔换层的时候，要在200mil的范围内增加回流地过孔，如图10。

图10 回流孔的放置

7）电源和地的处理原则：

RJ45底盘接地和数字地通过一个1M欧姆的电阻和一个0.1uF的去耦电容隔离。其底盘接地和数字地的间距，必须比60mil宽。如图11及图12所示。

图11 典型变压器集成单RJ45的机箱/数字地平面

图12 典型RJ45和变压器分开的机箱/数字地平面

‚所有不同的电源电压的的数字和模拟电源平面应当隔离。如图13及图14所示。

图13 典型变压器集成单RJ45的数字/模拟电源平面

图14 典型RJ45和变压器独立的数字/模拟电源平面

提示小助手：

从以太网物理层接口器件过来的信号接往RJ45网口插座时需要注意：金属机壳以及与印制板相连的金属前面板应与印制板内部电路（包括信号和地线层）隔离至少 5mm 以上，印制板静电电流泄放通路的地应优先选择机壳地，板上的金属部件和金属接插件能就近接机壳的应就近接机壳，无法就近接机壳的接静电保护地环或工作地,工作地应是大面积的地层。