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避坑指南—MDI接口之电感耦合与电容耦合

2023-06-21 15:52 来源:硬件那些事儿 作者:小桥人家

今天将分享自己前段时间自己做项目时遇到的一个实际案例,关于MDI接口与RJ45之间的耦合方式。希望可以帮助大家避坑。

首先我们来看看以太网电路组成,以太网的电路接口一般由CPU、MAC(Media Access Control)媒体介入控制器和PHY (physical Layer) 物理层接口组成。如下图示:


避坑指南—MDI接口之电感耦合与电容耦合

今天我们的重点就是这个变压器的变种应用。我们知道一般的芯片方案厂家给出的典型电路都是使用一个网络变压器,当然如果你按照参考设计做当然不会有什么问题。如下图所示是一个千兆网口典型的变压器连接方式:


避坑指南—MDI接口之电感耦合与电容耦合

等效网络:


避坑指南—MDI接口之电感耦合与电容耦合

下图为G2474CG网络变压器的原理图:


避坑指南—MDI接口之电感耦合与电容耦合

下图是一个百兆网口,使用网络变器的典型连接方式:


避坑指南—MDI接口之电感耦合与电容耦合


避坑指南—MDI接口之电感耦合与电容耦合

等效电路:


避坑指南—MDI接口之电感耦合与电容耦合

我们对比上面两个电路图,看看变压器部分有什么不一样的地方?对的,在连接PHY侧,变压器中心抽头的连接方式是不一样的,第一种是中心抽头通过一个0.1uF的电容到地,这就是我们常说的电压驱动型PHY的连接方式。第二种是中心抽头直接连接一个2.0V的电压。这就是我们常说的电流驱动型PHY的连接方式。

但是总会有些应用的例外,比如,产品尺寸的限制,不允许使用较大的传统的网络变压器,产品成本要求,要求做cost down等等需求。接下来我们就讲讲在不使用这个传统网络变压器做互联,做耦合的时候,需要注意些什么?

1.板级间PHY/SWITCH 间的互联。主要是基于空间和成本的考虑,我们一般不使用网络变压器,而是使用电容来做耦合。我们首先来看下他们的典型电路连接:

电压型-电流型


避坑指南—MDI接口之电感耦合与电容耦合

电压型-电压型


避坑指南—MDI接口之电感耦合与电容耦合

电流型-电流型


避坑指南—MDI接口之电感耦合与电容耦合

板级间PHY/SWITC 间电容耦合注意事项:

a.注意TX要与RX相连。使用网络变压器不必注意这点。

b.耦合电容的选择,一般是0.1uF,0.01uF.当然如果实际碰到网口通讯问题也是需要灵活调整。

c.对于电流驱动PHY的阻抗匹配网络的两个电阻值也需要根据实际使用的PHY芯片规格书实际调整。如出现丢包等问题,也可以调整此参数。常规是49.9ohm.

d.千兆和百兆板级间电容耦合都是没有问题的,关于更高速率的没有实践过不敢妄下结论。

2.对外接口(RJ45)使用电容耦合,典型的电路连接如下:

电压驱动型:


避坑指南—MDI接口之电感耦合与电容耦合

电流驱动型:

电容耦合:


避坑指南—MDI接口之电感耦合与电容耦合

电感耦合:


避坑指南—MDI接口之电感耦合与电容耦合

那么问题来了,上面三种接法都正确吗?你可以先思考下。

我这里直接揭晓答案,这就是我踩过的坑。教训深刻,所以分享出来,避免你再次入坑。

1.电压驱动型PHY,如果直接连接网口,可以采用电容耦合的方式。

2.电流驱动型PHY,如果直接连接网口,千兆网口不可以采用电容耦合的方式,必须使用电感的耦合方式。

3.电流驱动型PHY,如果直接连接网口,采用电容耦合的方式,千兆协商不成功,只能协商到百兆。个人判断这种方式可以用在百兆口。

接下来我们做一个小小的总结:

1、板级间无论PHY的类型,千兆或百兆,都可以使用电容耦合的方式。

2、PHY通过AC耦合直连RJ45时,千兆速率时,只可用在电压驱动型,不可用于电流驱动型。百兆都可以使用。

3、使用电容耦合比传统网络变压器会更节省空间和成本,但是它的隔离度会差一点。

好了,今天就分享到这里,希望你不要踩我踩过的坑!希望我的分享能够帮助到你。

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