1、網(wǎng)絡(luò)接口（RJ45）布線設(shè)計簡要說明在嵌入式工控系統(tǒng)中，常用的是10Mbps/100Mbps網(wǎng)絡(luò)接口。但是由于CPU快速的發(fā)展，1000Mbps網(wǎng)絡(luò)也開始在嵌入式系統(tǒng)中使用。它們的通訊頻率都是100BASE-TX標準：125MHz。英創(chuàng)公司的ESM6802嵌入式主板，可以提供1000Mbps網(wǎng)絡(luò)接口，符合1000BASE-T（IEEE802.3ab）標準。對于10Mbps/100Mbps兼容網(wǎng)絡(luò)，有2對差分信號線，TX（TX+、TX-）和RX（RX+、RX-），信號TX與RX是相互獨立的信號線。對于英創(chuàng)公司提供的1000Mbps網(wǎng)絡(luò)，可以向下兼容10Mbps/100Mbps網(wǎng)絡(luò)，使用4對差分信

2、號線，數(shù)據(jù)傳輸時，會使用全部4對差分信號線。所以對于PCB走線，要求更高。然而不少的客戶在對以太網(wǎng)端口進行布線設(shè)計時，并沒有按照以太網(wǎng)信號的差分、阻抗要求進行設(shè)計，或者沒有考慮網(wǎng)絡(luò)端口的ESD相關(guān)問題，最終導(dǎo)致一部份設(shè)備會出現(xiàn)無法預(yù)期的異常，或出現(xiàn)損壞率很高的情況。這篇文章會基于英創(chuàng)公司的嵌入式工控主板接口，簡單描述網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)計時需要注意的地方，以提高產(chǎn)品的穩(wěn)定與可靠性。1、網(wǎng)絡(luò)信號走線要求同于網(wǎng)絡(luò)通訊常用的UTP CAT5e網(wǎng)線，在1Mhz-100Mhz頻率下，為100歐阻抗，所以為了得到更好的信號傳輸特性，PCB板上的每對差分信號線也需要設(shè)計/生產(chǎn)為100歐阻抗。例如，在ESMARC EV

3、B V5.0中，每對網(wǎng)絡(luò)差分信號線的線寬為7mil，線距為8mil，在PCB加工生產(chǎn)說明文檔/郵件中，就提出阻抗要求：(線寬-線距-線寬)7mil-8mil-7mil，阻抗100歐。一般情況下，PCB廠家會根據(jù)你的要求，重新調(diào)整銅皮，使信號線的阻抗在要求值的+/-10以內(nèi)，即可滿足要求。為了保證高頻差分信號線上的信號相位差足夠小，需要盡可能保證每一對差分信號線長一致，或控制最大線差長度。對于網(wǎng)絡(luò)通訊信號線，將信號線最大長度差控制在+/-25mil以內(nèi)即可。對于10Mbps/100Mbps網(wǎng)絡(luò)，它的TX、RX通訊線是相對獨立的，所以可以分別控制它TX、RX差分線長度。對于1000Mbps網(wǎng)絡(luò)，它

4、的4對差分信號需要同時進行數(shù)據(jù)傳輸，所以對于1000Mbps網(wǎng)絡(luò)接口的布線，不僅需要對每一對差分線的線長差進行控制，同時也要控制這4對差分線之間的線長差。每一對差分信號線的線距，要大于/等于每條信號線的線寬，以滿足電路板的EMI要求。如ESMARC EVB V5.0中，網(wǎng)絡(luò)信號線的線寬為7mil，差分線的線距為8mil。以下，以ESMARC EVB V5.0評估底板為例，舉例說明。    圖1 圖2 圖1是CN8-1 1000Mbps網(wǎng)絡(luò)接口PCB走線，圖2是CN8-2 10Mbps/1000Mbps網(wǎng)絡(luò)接口PCB走線。從圖上可以明顯

5、地知道，每一對差分信號線均嚴格按差分走線要求進行PCB走線。圖3圖3是1000Mbps網(wǎng)絡(luò)接口（CN8-1 ）走線長度參數(shù)值。該參數(shù)可以從EDA工具中查找到。上圖中的NET1_TX是1000M_D0，NET1_RX是1000M_D1，再加上通過信號跳線電阻后的1000M_D2、1000M_D3，共同組成1000Mbps網(wǎng)絡(luò)接口的4對差分信號線。在PCB設(shè)計走線時，1000M_D2、1000M_D3差分信號線與主板信號插針之間設(shè)計了跳線電阻，這之間還有約400mil的信號線長度，所以這4對差分信號線長度相差比較小，基本上能滿足1000Mbps環(huán)境下的通訊要求。圖4圖4是10Mbps/100Mbp

6、s網(wǎng)絡(luò)接口（CN8-2）走線長度參數(shù)值。從參數(shù)上可以看到，對于100Mbps網(wǎng)絡(luò)接口，TX與RX這兩對差分信號線長度是獨立地、各自控制線長。圖5在圖5中所表示的，是100M_NET2_RX這對差分信號線，它的兩條信號線（100M_TPRX2+、100M_TPRX2-）長度差約為20mil，滿足網(wǎng)絡(luò)通訊的差分走線設(shè)計要求。除了按照差分要求走線、以及PCB線長控制以外，還需要注意，信號線從端口出線后，要盡可能早地讓兩條信號線進行等長處理。如下圖所示：    圖6 圖7 圖6中，差分信號線的出線是對稱的，所以出線后，直接按照差分走線即可。在

7、圖7中，由于差分信號線出線是不對稱的，所以出線后，要盡可能早地先進行信號線等長處理，然后再按照正常差分信號線進行走線。2、網(wǎng)絡(luò)端口的ESD保護由于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的特殊性，網(wǎng)絡(luò)端口是很容易受外界信號的干擾，所以系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)信號必須通過1:1的網(wǎng)絡(luò)變壓器以后，才能再接入到RJ45插座上，如英創(chuàng)公司使用的一體化10Mbps/100Mbps網(wǎng)絡(luò)接口HR871181A，1000Mbps網(wǎng)絡(luò)接口HR851178C，內(nèi)部均有1:1網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器與共模電感線圈（如圖8所示），這樣可以有效地阻止通訊線上的共模干擾信號，同時也可以防止直流干擾信號對系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動器的損壞。圖8HR871181A內(nèi)部原理圖另外，為了更進一步提高網(wǎng)絡(luò)端口的ESD特性，可以配合設(shè)計專用的ESD保護器件，且在PCB設(shè)計時，ESD保護器件要盡可能靠近RJ45網(wǎng)絡(luò)端口的引腳焊盤。如下圖所示：    圖9 圖10圖9所示，為網(wǎng)絡(luò)端口專用ESD保護器件在PCB板上，靠近RJ45網(wǎng)絡(luò)端口引線。圖10所示為ESMARC EVB電路中，針對網(wǎng)絡(luò)端口設(shè)計的ESD保護器件。最后，對