硬件電路設計之以太網電路設計

1 簡介

以太網（Ethernet）接口是目前應用最廣泛的通訊設備接口，以太網口的電磁兼容性能關系到通訊設備的穩定運行。實現以太網通信硬件電路方法很多，一般情況是CPU+MAC+PHY+網絡變壓器+RJ45。

• CPU：中央處理器,主要負責數據的處理。
• MAC:媒體訪問控制層，通常由FPGA實現。
• PHY：物理層接口，物理層收發器，是一個AD/DA轉換器。

以太網根據不同的速率，可以劃分為以下幾類：

正是由于以太網的存在，從真正意義上實現萬物互聯。

2 RJ45連接器

RJ45的全稱是注冊的插座，其中RJ是Registered Jack的縮寫。

• 百兆以太網

RJ45 接口定義以及各引腳功能說明如下圖所示，在以太網中只使用了 1、2、3、6 這四根線，其中 1、2 這組負責傳輸數據（TX+、TX-），而 3、6 這組負責接收數據（RX+、RX-），另外四根線是備用的。

• 千兆以太網

RJ45 接口定義以及各引腳功能說明如下圖所示，在以太網中只使用了 1、2、3、4、5、6、7、8 這四根線，其中 1、2 這組負責傳輸數據（TX+、TX-），3、6 這組負責接收數據（RX+、RX-），4、5和7、8這兩組負責雙向數據傳輸。

網口一般有兩個LED信號指示燈，兩個LED用于指示通信狀態：

• 綠色

綠色為連接狀態指示燈，綠色燈常亮表示連接成功，不亮表示未連接成功。

• 黃色

黃色指示燈閃爍，表示當前有信號傳輸；黃色指示燈不閃爍，表示當前無信號傳輸。

有些RJ45內部集成了網絡變壓器，有些RJ45需要外置網絡變壓器。網絡變壓器可以分為百兆網口網絡變壓器和千兆網口網絡變壓器。

• 百兆RJ45網絡變壓器

有兩組變壓器，內部結構如圖所示。

• 千兆RJ45網絡變壓器

有四組變壓器，內部結構如圖所示。

3 電流型PHY和電壓型PHY

根據PHY的類型不同，中心抽頭的連接方式也不同：

• 電流型PHY

中心抽頭連接VCC（PHY的電源電壓），詳情見下圖：

• 電壓型PHY

中心抽頭接對地電容，詳情見下圖：

4 接口介紹

媒體訪問控制層（MAC）和媒體訪問控制層（PHY）之間常有一個接口，該接口常用MII、RMII、GMII、RGMII。

• MII

MII支持10Mbps和100Mbps（時鐘頻率對應為25Mhz）,數據位寬為4。

• RMII

數據位寬為2位，傳輸速率為100Mbps，對應的是時鐘頻率為125Mhz。

• GMII

數據速率支持10Mbps、100Mbps、1000Mbps，數據位寬為8位，其中在1000Mbps時，其時鐘為120Mhz。

• RGMII

數據位寬位為4，在1000Mbps時，對應的始終頻率為125Mhz，這種方式是在上升沿和下降沿同時進行采樣。

注意：RMII是MII的簡化版；RGMII是GMII的簡化版。

5 以太網電路實戰

此處以RTL8211E和DP83848J設計為例。

• RTL8211E電路設計

• DP83848J電路設計