以太网是工业和汽车系统至关重要的通信接口。若要使用这种高速接口，系统设计人员在设计以太网 PHY 的PCB 时必须参考针对高速信号设计的建议。本应用手册的以下内容列出了这些建议，包括数据布线、外部元件距离和干扰等方面要求。PHY 对于基于以太网的系统至关重要，因此设计人员应遵循后续建议，尽可能避免出错。
本文档中的设计建议适用于所有以太网 PHY PCB 设计，遵循这些指导原则很重要，例如，可以减少辐射、确保元件正常运行、最大限度地降低噪声和泄漏以及提高信号质量等。本文档可作为器件和元件数据表的补充检查清单。下面列出了应对 PHY 设计审查的几个方面，每个主题都列出了相关注意事项。在申请由其他工程师审查之前，请按照下列主题进行通查。使用此检查清单指南，您的意见、疑问和其他审查结果将会更快地获得解答。验证 DRC 规则是否准确，并运行 DRC 错误检查。不应存在任何错误。如有 DRC 错误，应更正后再继续。去耦电容应尽可能靠近 PHY 放置。通常建议最小的电容器最靠近 PHY 放置，但请查看器件数据表，确认此建议是否与特定于器件的建议一致。对于某些器件上的某些引脚，数据表可能会建议将较大的电容器放置在更靠近 PHY 的位置。振荡器应尽可能靠近 PHY 放置。振荡器离 PHY 越远，越有可能出现 PLL 噪声或超出规格范围。禁止用晶体驱动多个器件。每条 MDI 布线的总长度应小于 2 英寸或 2000 密耳。对于 1G 传输，匹配的布线长度应在 20 密耳以内，对于 100M 或 10M 传输，应在 50 密耳以内。MDI 布线上的过孔和残桩数量应尽可能少。典型阻抗应为 100 欧姆，误差控制在 +/- 10% 以内。阻抗不匹配会降低吞吐量，有时会严重到导致通信故障。不匹配会导致信号反射，从而阻止最大功率在反射点的传输。MDI 布线的阻抗可能需要调整，以匹配电缆的阻抗。使用电缆的数据表验证电缆阻抗。假设 w 等于 MDI 布线的宽度，位于同一层上的接地层应与 MDI 布线至少保持 3*w 的距离。与 MDI 布线的优选距离是 5*w。设计在 MDI 布线和接地层之间采用这个距离可以防止不必要的容性阻抗。建议将连续接地层置于 MDI 布线下方。应仅在元件下方的布线上切断接地层或使其留出空隙。这类元件包括但不限于变压器/磁性元件、扼流圈、交流耦合电容器和 ESD 二极管。对于汽车应用，推荐达到整层 空隙，但双层 空隙是最低要求。双层 空隙包括元件所在的层和下面的层。对于标准应用，建议采用双层 空隙。对于大多数应用，元件边缘和空隙边缘之间的距离应约为 20 密耳。某些应用可以距离较短，而其他应用可能需要较大的距离。请根据设计的电磁兼容性 (EMC) 要求来确定最佳距离。每条 MII 布线的总长度应小于 6 英寸或 6000 密耳。对于 1G 传输，匹配的布线长度应在 20 密耳以内；对于100M 或 10M 传输，应在 50 密耳以内。RX 布线必须与其他 RX 布线长度匹配，TX 布线必须与其他 TX 布线长度匹配。MII 布线上的过孔和残桩数量应尽可能少。单端阻抗应为 50 欧姆 +/- 10%。上一主题列出了阻抗不匹配的影响。使用与上一主题相同的“w”定义，MII 布线周围的接地距离应至少为 3*w。优选距离是 5*w。必须避免串扰。除非接地层被正确隔离，否则任何信号都不应交叉。此外，不同的差分对之间必须至少间隔 30 密耳。如前所述，布线应确保长度匹配。为了匹配布线长度，可以使用不同的布线技术。建议对长度匹配的两端应用相同的技术。下图显示了长度不匹配和长度匹配之间的区别。根据电路板不同部分的特征阻抗，长度不匹配可能会产生额外的时序或信号质量问题。放置信号过孔时，建议将接地或返回过孔放置在附近，以便形成一条短的接地路径。图3 显示了一个示例。任何层的磁性元件下方均不应有金属。如果磁性元件下方需要金属，则至少应由接地层隔开。具有集成磁性元件的 RJ45 连接器下方可以使用金属。图2-4 显示了磁性元件下方没有金属的布局示例。如果设计中使用 ESD 二极管，请确保其工作电压范围足以提供信号传输所需的适当电压。请参阅 PHY 数据表以确认电压规格。特定于以太网的应用手册建议将保护器件放置在磁性元件的 PHY 侧，而不是连接器侧。提出的建议之所以不同，是因为以太网在连接器侧可能产生高共模电压摆幅。将保护器件放置在磁性元件的 PHY 侧，可确保保护器件在非 ESD 高压期间不会失效。尽可能使用电源层以避免从电源到引脚的压降。如果电源层需要穿过多个层，请使用多个过孔以避免电压下降。尽可能使用接地层，并在整个电路板上使用拼接过孔，从而实现较短的返回路径。图5 显示了接地过孔分布的示例。地面接地应与电路板的其余部分隔离至少 20 密耳，与所有层保持隔离。图 6 显示了这方面的一个示例。这种隔离有一个例外情况，即地面接地和常规接地应使用一个电容器和一个高阻值电阻器连接。建议使用 1MΩ 或更大的电阻器。这里的检查清单实际列出了若干建议，可帮助实现近乎理想的 PHY 运行。遵循这些建议有助于防止出现不必要的问题，但是，仍有可能发生本文档未列出的 PCB 设计问题；因此，应使用元件数据表对所有设计进行检查。还应在制造前由多名工程师对 PCB 设计进行审查。推荐阅读
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