簡化以太網設計，第 1 部分：以太網 PHY基礎知識和選擇過程

作者：Ross Pimentel 和 Aniruddha Khadye

是 100BASE-T1、1000BASE-T、100BASE-TX、10BASE-T 還是 10BASE-Te？對于那些不精通以太網物理層（PHY）術語的人來說，評估各種類型可能會讓人不知所措。所有這些數字、符號和首字母縮略詞是什么？什么是媒體獨立接口 （MII）？汽車PHY和工業PHY有什么區別？如何為互聯網協議攝像機、遠程信息處理控制單元和可編程邏輯控制器選擇 PHY？是否所有 PHY 都滿足各種現場總線要求？

在“SimpliPHY 您的以太網設計”技術文章系列的第 1 部分中，我們將介紹以太網 PHY 基礎知識，以幫助您為最終應用選擇合適的 PHY。我們還包括 TI PHY 選擇流程圖，以幫助您簡化 PHY 選擇流程。

滿足業界最低延遲的 10/100-Mbps 以太網 PHY

DP83826E 可縮短系統響應時間或在菊花鏈網絡中添加額外節點，而不會增加系統規?；虺杀?。

什么是以太網 PHY？

基本的以太網PHY實際上非常簡單：它是一個PHY收發器（發射器和接收器），將一個設備物理連接到另一個設備，如圖1所示。這種物理連接可以是銅纜（例如 CAT5 電纜、家庭中使用的藍色跳線）或光纖電纜。

圖1：以太網系統圖

互聯網的最初概念是一種網絡，可以快速，可靠，安全地將數據從一所大學交換到另一所大學，從而創建了以太網網絡。電氣和電子工程師協會（IEEE）隨后在以太網的基礎上進行了擴展，采用了新的速度（數據速率），物理介質（電纜材料）和PHY功能，使以太網的擴展遠遠超出了計算機網絡。

以太網 PHY 的功能是什么？

以太網 PHY 有兩個主要功能。

首先，PHY 具有一個數字域，該域直接連接到現場可編程門陣列 （FPGA）、微控制器 （MCU） 或中央處理器 （CPU） 等設備的媒體訪問控制器 （MAC）。PHY 將在某種程度上具有 MII，這是一種 4 位寬的數據總線，在發送和接收方向上具有控制線和時鐘線。MII 有各種不同的形式，具體取決于 MAC 和 PHY 的速度，并且具有不同的引腳數。表 1 顯示了最常見的 MII，并提供了選擇過程中要考慮的優缺點的高級摘要。

表 1：根據引腳數和速度支持列出的常見 MII

其次，PHY 具有介質相關接口 （MDI），可通過物理介質將一個設備（同樣是 FPGA、MCU 或 CPU）連接到另一個設備。這通常被稱為PHY的模擬域，因為它是一個連續的時變信號。

根據 MDI 為您的系統選擇合適的以太網 PHY

現在我們已經介紹了 PHY 的功能，讓我們應用這些知識為您的系統找到合適的 PHY。大多數集成電路制造商為其PHY提供以下規格和功能：

數據速率（10 Mbps、100 Mbps、1 Gbps）。

接口支持（MII、RMII、GMII、RGMII、SGMII）。

媒體支持（BASE-T、BASE-TE、BASE-TX、BASE-T1）。

記住這些信息后，您可以從數據速率開始瀏覽列表，并將其與最終應用所需的數據速率相匹配。接下來，確定應用程序通常使用的標準。例如，自2015年以來，汽車以太網已經大大擴展，現在通常由半導體制造商提供。因此，中等標準是一個重要的考慮因素，因為BASE-T1與BASE-T完全不同。

另一個例子是，消費電子產品和大多數工業應用使用10BASE-Te，100BASE-TX和1000BASE-T，因為PC支持這些標準。如果您的應用是汽車，則支持 BASE-T1 的 PHY 是最合適的解決方案。此規則的例外是汽車板載診斷 （OBD） 端口，它們通常使用 BASE-T 或 BASE-TX 接口（再次）支持 PC 連接。表 2 概述了常見的 MDI 及其常見系統。

表2：常用計量吸入器的比較表

大多數商業和工業PHY支持多種數據速率。這些 PHY 包括一種稱為自動協商的機制，這是 PHY 交換有關功能支持信息的一種方式，使他們能夠以盡可能高的速度進行鏈接。

TI 以太網 PHY 選擇流程圖

如果您已準備好將以太網 PHY 知識付諸實踐，圖 2 是一個簡單的 PHY 選擇流程圖，可幫助您確定適合您設計的 TI 器件。訪問我們的以太網 PHY 概述，了解有關此流程圖中特色設備的更多信息，包括用于支持工業 4.0應用的 DP83826E 低延遲以太網 PHY，以及用于空間受限的汽車應用的 DP83TC811S-Q1 100BASE-T1 以太網 PHY。

圖 2：TI 以太網 PHY 選擇流程圖

請繼續關注我們的 PHY 選擇系列的第二部分，該系列將探索 PHY 原理圖捕獲和布局的最佳實踐，以幫助最大限度地減少噪聲、輻射和信號損失。