一、PHY內部結構簡介

汽車以太網和傳統以太網僅僅是物理層有所區別，其他（比如數據鏈路層）完全一樣，因此傳統以太網在汽車里一樣可以工作。

100BASE-T1在物理層上使用一對雙絞線上實現全雙工的信息傳輸，而100BASE-TX使用兩對雙絞線實現全雙工，一對發送，另一對用于接收。

基于OSI參考模型下的PHY層內部結構

以太網PHY兩個子層是PCS層和PMA層，他們集成在同一塊ASIC芯片中。PCS子層接收MII層的數據并將其編碼為符號提供給PMA成處理，同時它也將從PMA層接收到的信號解碼成比特流，通過MII成傳遞給高層。PMA是準備好用于傳輸的物理信號，同時接收信號向上傳遞，以便PCS可以從中提取編碼信息。

由于技術上的差異，有些領域可能還會添加一些其他子層。比如自動協商在消費類比較常見，根據統一信道中的不同節點的不同通信速率，選擇和建立最佳方式。PMD是在不同傳輸媒介下的情況使用，比如將電模擬信號轉化為光模擬信號。

為了方便理解，先介紹1000BASE-T的結構

下圖是1000BAST-T的 PCS層構成，圖中標黃的部分是和100BASE-T1不同的地方。

1000BASE-T采用的是4D-PAM5的編碼，100BASE-T1采用的是PAM3編碼。

大概簡單介紹這兩種編碼的差別，PAM5是將傳輸線上分為5個電壓等級。-1V，-0，5V，0V，+0.5V，+1V，間隔只有0.5V，因此對噪聲很敏感，會增加一些算法來進行糾錯。PAM3分為3個電壓等級，間隔1V。

下圖是1000BAST-T的 PMA層構成 。圖中標黃的部分是和100BASE-T1不同的地方。和100BASE-T1非常相似，只是簡化了一下，100BASE-T1發送的信號不會經過部分響應脈沖整形器，因為只有一對線，也去除了近端串擾和去抖動模塊。

二、PHY的數據編碼過程

100BASE-T1在汽車上通過一對非屏蔽雙絞線可實現100Mb/s的全雙工數據傳輸，其物理層（PHY）的主要工作原理是將MAC層傳遞的數據，通過內部時鐘轉換（4B/3B），數據編碼（3B/2T）以及脈沖幅度調制（PAM3）轉換成雙絞線上傳遞的差分信號，以進行各種控制信號和數據的通信發送；接收過程反之。

已發送為例，簡單介紹下這個過程：

1、MAC層的數據通過MII接口，以25MHz的速率將4bit并行傳遞至PHY層之后先進行4Bit到3Bit時鐘轉換。如這個圖，將第一組4bit”0000”轉換為3bit的“000”。第一組4bit最后一個0和第二組的4bit的“0101”前2位“01”組成第二個3bit“001”，以此類推。

2、再進行3B/2T編碼，每3bit數據（3B）編碼成一對三進制符號（2T），標稱值分別為-1，0和+1。由于3bit二進制數據可以對應8個值，而2個三進制符號有9個可能值，這樣就可以通過一對三進制實現3bit二進制編碼值的覆蓋，且有一個符號對沒有使用。

3、完成了3B/2T編碼的一對三進制符號（2T）后，為了能在雙絞線上傳輸，需要將三進制符號中的-1，0，+1對應成低電平，0或高電平，這種三電平脈沖幅度調制方式即PAM3

從這個過程，可以看出這將汽車以太網的信號帶寬限制在33.3 MHz，大約100BASE-TX帶寬的一半。較低的信號帶寬可改善回波損耗，降低串擾，所以可以滿足嚴格的汽車電磁輻射要求。

下面這兩幅圖是詳細的100BASE-T1 PCS子層的發送和接收的示意圖。

詳細的100BASE-T1 PCS子層的發送部分

詳細的100BASE-T1 PCS子層的接收部分

三、回聲消除技術

可能有人有些疑問，一對雙絞線如何同時實現發送和接收？答案是采用了回音消除技術。

下圖顯示了Hybird接口電路在1000BASE-T和100BASE-T1的使用實例。

可以看出差分信號A由發送器輸出，經過一個橋電路，一側由R1和R3組成，一側由R2和R4組成。發送器實際輸出僅含有經過R2的A，接收器接收的信號B位于R2和R4之間，接收信號通過R4端接，理論上，接收信號和發送信信號不會相遇，發送信號和接收信號進行了解耦。

可能這個看起來比較復雜，簡單來說就是對于100BASE-T1的任一節點，在其發送時將自己的信號電壓加入到雙絞線上，而在接收時從雙絞線的電壓中減去自己的信號電壓，進而可以在一對雙絞線上實現全雙工。

總結：100BASE-T1物理層的工作原理就是通過4B/3B轉換，3B/2T編碼，經過PAM3調制，最終通過一對雙絞線上的差分信號以及回音消除實現100Mbit/s的全雙工通信。

四、PHY參數的比較

下表簡單列了一下常見的幾種 PHY參數的不同差異。其中，一些參數取決于規范標準，有一些取決于實際設計。

5、MII接口特殊的應用

關于MII接口還有特殊的應用，比如在APIX2，GSML2也有一些應用。

舉幾個例子：

1、通過APIX2進行點對點的連接，通過該主機內的交換機連接到車載主干網絡。通過以太網鏈路將車輛信息傳輸到儀表上。

2、PoDL供電，使用PoE為設備供電可以進一步減少汽車所需的布線重量。

3、低功耗喚醒規范，OPEN制訂了喚醒規范，這是一個相對容易的最大能效車載應用解決方案。最大能效意味著不僅僅是PHY，這個ECU都進入了睡眠狀態，只有在需要使用時才被喚醒。

一、PHY內部結構簡介

汽車以太網和傳統以太網僅僅是物理層有所區別，其他（比如數據鏈路層）完全一樣，因此傳統以太網在汽車里一樣可以工作。

100BASE-T1在物理層上使用一對雙絞線上實現全雙工的信息傳輸，而100BASE-TX使用兩對雙絞線實現全雙工，一對發送，另一對用于接收。

基于OSI參考模型下的PHY層內部結構

以太網PHY兩個子層是PCS層和PMA層，他們集成在同一塊ASIC芯片中。PCS子層接收MII層的數據并將其編碼為符號提供給PMA成處理，同時它也將從PMA層接收到的信號解碼成比特流，通過MII成傳遞給高層。PMA是準備好用于傳輸的物理信號，同時接收信號向上傳遞，以便PCS可以從中提取編碼信息。

由于技術上的差異，有些領域可能還會添加一些其他子層。比如自動協商在消費類比較常見，根據統一信道中的不同節點的不同通信速率，選擇和建立最佳方式。PMD是在不同傳輸媒介下的情況使用，比如將電模擬信號轉化為光模擬信號。

為了方便理解，先介紹1000BASE-T的結構

下圖是1000BAST-T的 PCS層構成，圖中標黃的部分是和100BASE-T1不同的地方。

1000BASE-T采用的是4D-PAM5的編碼，100BASE-T1采用的是PAM3編碼。

大概簡單介紹這兩種編碼的差別，PAM5是將傳輸線上分為5個電壓等級。-1V，-0，5V，0V，+0.5V，+1V，間隔只有0.5V，因此對噪聲很敏感，會增加一些算法來進行糾錯。PAM3分為3個電壓等級，間隔1V。

下圖是1000BAST-T的 PMA層構成 。圖中標黃的部分是和100BASE-T1不同的地方。和100BASE-T1非常相似，只是簡化了一下，100BASE-T1發送的信號不會經過部分響應脈沖整形器，因為只有一對線，也去除了近端串擾和去抖動模塊。

二、PHY的數據編碼過程

100BASE-T1在汽車上通過一對非屏蔽雙絞線可實現100Mb/s的全雙工數據傳輸，其物理層（PHY）的主要工作原理是將MAC層傳遞的數據，通過內部時鐘轉換（4B/3B），數據編碼（3B/2T）以及脈沖幅度調制（PAM3）轉換成雙絞線上傳遞的差分信號，以進行各種控制信號和數據的通信發送；接收過程反之。

已發送為例，簡單介紹下這個過程：

1、MAC層的數據通過MII接口，以25MHz的速率將4bit并行傳遞至PHY層之后先進行4Bit到3Bit時鐘轉換。如這個圖，將第一組4bit”0000”轉換為3bit的“000”。第一組4bit最后一個0和第二組的4bit的“0101”前2位“01”組成第二個3bit“001”，以此類推。

2、再進行3B/2T編碼，每3bit數據（3B）編碼成一對三進制符號（2T），標稱值分別為-1，0和+1。由于3bit二進制數據可以對應8個值，而2個三進制符號有9個可能值，這樣就可以通過一對三進制實現3bit二進制編碼值的覆蓋，且有一個符號對沒有使用。

3、完成了3B/2T編碼的一對三進制符號（2T）后，為了能在雙絞線上傳輸，需要將三進制符號中的-1，0，+1對應成低電平，0或高電平，這種三電平脈沖幅度調制方式即PAM3

從這個過程，可以看出這將汽車以太網的信號帶寬限制在33.3 MHz，大約100BASE-TX帶寬的一半。較低的信號帶寬可改善回波損耗，降低串擾，所以可以滿足嚴格的汽車電磁輻射要求。

下面這兩幅圖是詳細的100BASE-T1 PCS子層的發送和接收的示意圖。

詳細的100BASE-T1 PCS子層的發送部分

詳細的100BASE-T1 PCS子層的接收部分

三、回聲消除技術

可能有人有些疑問，一對雙絞線如何同時實現發送和接收？答案是采用了回音消除技術。

下圖顯示了Hybird接口電路在1000BASE-T和100BASE-T1的使用實例。

可以看出差分信號A由發送器輸出，經過一個橋電路，一側由R1和R3組成，一側由R2和R4組成。發送器實際輸出僅含有經過R2的A，接收器接收的信號B位于R2和R4之間，接收信號通過R4端接，理論上，接收信號和發送信信號不會相遇，發送信號和接收信號進行了解耦。

可能這個看起來比較復雜，簡單來說就是對于100BASE-T1的任一節點，在其發送時將自己的信號電壓加入到雙絞線上，而在接收時從雙絞線的電壓中減去自己的信號電壓，進而可以在一對雙絞線上實現全雙工。

總結：100BASE-T1物理層的工作原理就是通過4B/3B轉換，3B/2T編碼，經過PAM3調制，最終通過一對雙絞線上的差分信號以及回音消除實現100Mbit/s的全雙工通信。

四、PHY參數的比較

下表簡單列了一下常見的幾種 PHY參數的不同差異。其中，一些參數取決于規范標準，有一些取決于實際設計。

5、MII接口特殊的應用

關于MII接口還有特殊的應用，比如在APIX2，GSML2也有一些應用。

舉幾個例子：

1、通過APIX2進行點對點的連接，通過該主機內的交換機連接到車載主干網絡。通過以太網鏈路將車輛信息傳輸到儀表上。

2、PoDL供電，使用PoE為設備供電可以進一步減少汽車所需的布線重量。

3、低功耗喚醒規范，OPEN制訂了喚醒規范，這是一個相對容易的最大能效車載應用解決方案。最大能效意味著不僅僅是PHY，這個ECU都進入了睡眠狀態，只有在需要使用時才被喚醒。

審核編輯：郭婷