以太網是大部分嵌入式產品必備的通信接口，如何設計出穩定、可靠的以太網電路呢？本文綜合數名行業硬件工程師經驗總結以下要點，希望能為讀者提供設計思路及解決問題的方法。

1.原理圖設計

首先是網絡變壓器和RJ45接口器件的選型，集成網絡變壓器的RJ45接口器件可以降低設計復雜度、節省板面積，目前應用越來越廣泛。若應用環境對網絡電氣特性或可靠性要求特別高時，建議優先選擇分體方案。原理圖設計的要點包括以下幾個方面：

• 防雷管應盡量靠近RJ45接口，放置于RJ45與網絡變壓器之間，可以更好起到防雷作用；
• 單獨的TVS管一般不能完成防雷工作，其一般放置在防雷管與網絡變壓器之間，主要是抑制差模干擾；
• 根據經驗，在防雷管與TVS之間放置2歐姆電阻可進一步抑制干擾；TVS與PHY之間的網絡變壓器進一步抑制共模信號干擾。
• 網絡變壓器與PHY之間差分信號需放置一顆終端電阻（49.9Ω），其作用是阻抗匹配，消除通訊電纜中的信號反射。
• RJ45與網絡變壓器次級之間收發差分線連接，須是變壓器的發射端連接RJ45的接收端，變壓器的接收端連接RJ45的發射端，如下圖：

RJ45與網絡變壓器次級之間收發差分線連接圖

• 網絡變壓器初級和次級需要隔離，不能共一個地。隔離可以有效防止控制源端的干擾通過參考平面耦合到次級，也為后續PCB設計提供不同參考平面。

網絡變壓器初級和次級需要隔離設計

2.PCB設計

以太網屬于高速信號，其穩定性與PCB設計密切相關，以下為PCB設計中的幾個要點。

網絡變壓器到RJ45部分典型設計參考

• 器件布局的原則是按照信號流向放置，應盡量縮短防雷管與RJ45之間的距離；
• 網絡變壓器與RJ45之間走線應盡量短，高速差分線嚴格按照等長處理，誤差通常控制在5mil，阻抗控制在100Ω±10%；
• 次級參考平面與初級參考平面隔離，隔離帶寬度80-100mil，隔離帶內應保證沒有電源和地層存在；
• 次級參考平面鋪設僅限于網絡變壓器與防雷管之間，防雷管與RJ45之間的信號線不需要鋪參考平面，防止干擾通過參考平面耦合至次級；
• 網絡變壓器與PHY芯片之間的高速信號走線盡量短，最大長度480mil，差分信號終端電阻（49.9Ω）須靠近PHY芯片的TX±、RX±管腳放置，消除通信電纜中的信號反射。電阻接電源還是通過電容接地，一般由PHY芯片決定，PHY到網絡變壓器部分PCB設計如下圖所示：

PHY到網絡變壓器部分PCB典型設計參考

穩定可靠的硬件開發需要理論與實踐相結合，注意設計要點才能避免“踩坑”。Vanxoak專注于嵌入式軟硬件產品的研發、定制、設計、生產，產品已在物聯網、工業控制、軌道交通、醫療電子、電力電子、新能源、石油化工、重工機械、環保等領域有廣泛應用。

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