Apakah saya memerlukan kabel Ethernet tambahan saat menggunakan sakelar Ethernet Gigabit

Ringkasan:

Sakelar Ethernet Gigabit adalah perangkat jaringan yang memungkinkan beberapa perangkat dihubungkan bersama untuk membentuk jaringan area lokal (LAN). Saat menggunakan sakelar Ethernet Gigabit, Anda mungkin bertanya -tanya apakah Anda perlu memiliki kabel Ethernet tambahan. Jawabannya tergantung pada pengaturan dan persyaratan spesifik Anda.

Poin -Poin Kunci:

1. Periksa halaman produk PHY yang dipilih: Sebelum menentukan apakah Anda memerlukan kabel Ethernet tambahan, penting untuk memeriksa halaman produk PHY (lapisan fisik) yang dipilih dalam desain Anda. Misalnya, KSZ9131 PHY memiliki dua opsi, KSZ9131MNX dan KSZ9131RNX, dengan antarmuka yang berbeda.

2. Kompatibilitas Antarmuka: Jika Mac (Kontrol Akses Media) yang Anda pilih hanya mendukung antarmuka RGMII (Pengurangan Gigabit Media Independents), maka KSZ9131MNX tidak akan kompatibel. Sangat penting untuk memilih phy yang tepat yang cocok dengan antarmuka Mac Anda.

3. Sisi MDI: Sisi MDI (Media Dependent Interface), mengacu pada koneksi antara PHY dan kabel, juga harus dipertimbangkan saat memilih PHY yang benar. Anda perlu memilih antara antarmuka serat dan kabel tembaga berdasarkan kebutuhan Anda.

4. Fitur MDI-X Auto: Sebagian besar router modern, hub, dan sakelar mendukung fitur MDI-X Auto, yang secara otomatis beralih ke konfigurasi yang tepat setelah kabel terhubung. Ini menghilangkan kebutuhan akan kabel crossover untuk komunikasi 1000base-T.

5. Kategori Kabel: Untuk koneksi Gigabit Ethernet, kabel Cat5e dan Cat6 biasanya digunakan. Kabel ini dapat mendukung laju data tinggi yang diperlukan untuk transmisi Ethernet gigabit.

6. Kabel Lurus: Dalam keadaan darurat, Anda dapat menggunakan kabel lurus antara sistem klien dan server. Semua perangkat 1Gig dan 10Gig akan secara otomatis diatur ke koneksi yang benar menggunakan kabel Cat5e dan Cat6.

Pertanyaan:

1. Apa itu sakelar Ethernet Gigabit?

Sakelar Ethernet Gigabit adalah perangkat jaringan yang memungkinkan beberapa perangkat dihubungkan bersama untuk membentuk LAN.

2. Bagaimana Saya Tahu Jika Saya Membutuhkan Kabel Ethernet Ekstra Saat Menggunakan Gigabit Ethernet Switch?

Kebutuhan akan kabel Ethernet tambahan tergantung pada pengaturan dan persyaratan spesifik Anda. Penting untuk memeriksa halaman produk PHY yang dipilih dan mempertimbangkan kompatibilitas antarmuka dan sisi MDI.

3. Apa perbedaan antara KSZ9131MNX dan KSZ9131RNX?

KSZ9131MNX dan KSZ9131RNX adalah opsi PHY KSZ9131, masing -masing dengan antarmuka yang berbeda. Yang pertama mendukung GMII/MII, sedangkan yang terakhir hanya mendukung RGMII.

4. Dapatkah saya menggunakan KSZ9131MNX jika Mac yang saya pilih hanya memiliki antarmuka RGMII?

Tidak, jika Mac yang Anda pilih hanya mendukung antarmuka RGMII, KSZ9131MNX tidak akan menjadi pilihan yang tepat. Anda perlu memilih phy yang benar yang cocok dengan antarmuka Mac Anda.

5. Apakah saya memerlukan kabel crossover untuk komunikasi 1000base-t?

Tidak, kebanyakan router modern, hub, dan sakelar mendukung fitur MDI-X Auto, yang menghilangkan kebutuhan untuk kabel crossover untuk komunikasi 1000base-T.

6. Kategori kabel apa yang biasa digunakan untuk koneksi Ethernet gigabit?

Untuk koneksi Gigabit Ethernet, kabel Cat5e dan Cat6 biasanya digunakan karena dapat mendukung laju data tinggi yang diperlukan untuk transmisi Gigabit Ethernet.

7. Apa yang bisa saya gunakan dalam keadaan darurat jika saya tidak memiliki kabel Ethernet tambahan?

Jika Anda tidak memiliki kabel Ethernet tambahan, Anda dapat menggunakan kabel lurus antara klien dan sistem server. Semua perangkat 1Gig dan 10Gig akan secara otomatis diatur ke koneksi yang benar menggunakan kabel Cat5e dan Cat6.

8. Apa fitur MDI-X Otomatis?

Fitur MDI-X Auto didukung oleh sebagian besar router, hub, dan sakelar modern. Ini memungkinkan perangkat untuk secara otomatis beralih ke konfigurasi yang tepat setelah kabel terhubung, menghilangkan kebutuhan untuk kabel crossover untuk komunikasi 1000base-T.

9. Dapatkah saya menggunakan kabel serat bukan kabel tembaga untuk gigabit ethernet?

Ya, Anda dapat memilih antara antarmuka serat dan kabel tembaga berdasarkan kebutuhan Anda. Kabel serat-optik dapat mencapai bandwidth komunikasi lebih dari 10 gbit/s.

10. Apa angka maksimum teoretis untuk bandwidth di gigabit ethernet?

Gigabit Ethernet dapat mencapai kecepatan 1000 Mbps (1 Gbps). Namun, throughput praktis mungkin dibatasi oleh faktor -faktor seperti pengontrol dan/atau kecepatan prosesor, serta pertimbangan perutean PCB.

11. Haruskah saya mempertimbangkan tata letak PCB dan pertimbangan perutean untuk Gigabit Ethernet?

Ya, pertimbangan tata letak dan perutean PCB penting untuk implementasi Gigabit Ethernet. Faktor -faktor seperti crosstalk, ketidakcocokan impedansi, dan panjang jejak maksimum harus diperhitungkan untuk memastikan kinerja yang andal.

12. Apakah ada sumber daya yang tersedia untuk menerapkan Gigabit Ethernet?

Anda dapat merujuk artikel ini sebagai sumber daya untuk mengimplementasikan Gigabit Ethernet. Selain itu, ada contoh skema yang tersedia di github untuk mengimplementasikan microchip ksz9131rnx gigabit ethernet transceiver phy.

13. Apa itu phy dalam konteks gigabit ethernet?

PHY adalah singkatan dari fisik, dan mengacu pada antarmuka fisik antara transceiver Ethernet dan kabel. Itu bertanggung jawab untuk mengirimkan dan menerima sinyal data.

14. Apa saja tantangan dalam mengimplementasikan Gigabit Ethernet?

Beberapa tantangan dalam menerapkan Gigabit Ethernet termasuk kontrol impedansi, pertimbangan perutean PCB, dan memastikan kompatibilitas antara antarmuka PHY dan Mac.

15. Apa keuntungan menggunakan sakelar Ethernet Gigabit?

Sakelar Ethernet Gigabit memungkinkan transfer data berkecepatan tinggi antara beberapa perangkat dalam jaringan. Ini dapat meningkatkan kinerja jaringan, mengurangi kemacetan jaringan, dan memberikan alokasi bandwidth yang lebih baik.

Apakah saya memerlukan kabel Ethernet tambahan saat menggunakan sakelar Ethernet Gigabit

Untuk menunjukkan poin ini, Anda harus memeriksa halaman produk PHY yang dipilih dalam contoh desain, yang merupakan KSZ9131. Ada dua opsi yang tersedia, KSZ9131MNX dan KSZ9131RNX. Sementara opsi sebelumnya mendukung GMII/MII, yang terakhir hanya mendukung RGMII. Jika Mac yang dipilih hanya memiliki antarmuka RGMII, maka KSZ9131MNX akan menjadi pilihan yang salah. Tidak perlu menyebutkan sisi MDI karena ini relatif lebih jelas ketika memilih PHY yang benar, dengan pilihan antara antarmuka kabel serat dan tembaga.

Apakah gigabit Ethernet perlu sakelar

Об этой страницental

Ы заре kondecedit. С помощю этой страницы с сожем определить, что запросы о о ancing оеет иенно ы,. Почем это мопо произойтиonya?

Эта страница отбражаетсagn в тех слчаях, когда аавистркимисте secara Google ристancing ииишшшamah риииииamah которые наршают уловия исполззованияisah. Страница перестанет отображаться после то A, как эти запросы прекратяupanisah яяisah ancing ancing. До это A.

Источником запросов может слжить Врддносно secara п, пар иа бас00 иасазаз) ыылку запросов. Если Вы исползеет общий дсст в и итернет, проблем м ы ы ip ip ip00 ip ip ip ip ip uman ip ip ip ip ip ip uman ip ip ip ip ip ip ip uman ip ip ip ip ip ip ip ON ip ip ip ip ip ip ON. Обратитесь к своем системном аинистратору. Подробнее secara.

Пожет такжeda появлят secara, если Вы Вонот A рлжвввв dari рыч о оаilat оыч о оаilat, еами, ии же Водитedit запросы чень часто засто.

Apakah saya memerlukan kabel Ethernet tambahan saat menggunakan sakelar Ethernet Gigabit

Saya memiliki sakelar Netgear Ethernet GS105, tapi saya tidak’Saya pikir saya dapat menghubungkannya dengan benar.

Tampaknya saya akan membutuhkan dua kabel Ethernet tambahan, satu dari router saya ke sakelar dan kemudian satu lagi dari sakelar gigabit ke PC server atau mac,

Saya tidak yakin kategori kabel mana yang harus saya miliki untuk ini atau jika itu harus menjadi kabel khusus.

Это хороший Вопрос?

Про Aолосовали отменить

1 коментарий

“Router, hub, dan sakelar yang lebih baru (termasuk sekitar 10/100, dan semua 1 perangkat gigabit atau 10 gigabit dalam praktiknya) Gunakan Auto MDI-X untuk koneksi 10/100 MBIT untuk secara otomatis beralih ke konfigurasi yang tepat setelah kabel terhubung.”

“Link Ethernet Gigabit dan lebih cepat di atas kabel Twisted Pair Gunakan keempat pasangan kabel untuk transmisi simultan di kedua arah. Untuk alasan ini, tidak ada transmisi khusus dan menerima pasangan, dan akibatnya, kabel crossover tidak pernah diperlukan untuk komunikasi 1000base-t “

Jika Anda perlu melakukan sesuatu dalam keadaan darurat, Anda dapat menggunakan kabel lurus antara klien dan sistem server! Semua perangkat 1gig & 10gig akan diatur secara otomatis ke koneksi yang benar menggunakan kabel Cat5e & 6.

Gigabit Ethernet 101: Dasar -Dasar untuk Implementasi

Selama fase perencanaan tingkat sistem dari setiap proyek perangkat keras utama, setidaknya satu tautan komunikasi Ethernet sering dimasukkan sebagai opsi standar, dan antarmuka Ethernet inilah pada papan sirkuit yang akan kita bahas secara mendalam. Di komunitas Altium saya, pertanyaan tentang bagaimana menerapkan Ethernet muncul setiap beberapa bulan. Seringkali bertemu dengan beberapa jawaban umum tentang impedansi, tetapi tanpa ada yang memiliki sumber daya yang fantastis yang dapat mereka tautkan yang mencakup semuanya dari bawah ke atas. Panduan ini adalah apa yang Anda cari jika Anda’Siap untuk menambahkan Ethernet, terutama Gigabit Ethernet, ke desain sirkuit elektronik Anda dan perlu mempercepat Ethernet.

Sebelum kita menyelam, ini bukan’t artikel proyek – kami menang’T sedang membangun solusi penuh dalam proyek ini. Namun, saya tahu semua orang suka mendapatkan skema untuk dilihat daripada hanya membaca halaman informasi teknis, jadi saya telah menambahkan contoh skema di github dengan implementasi microchip ksz9131rnx gigabit ethernet transceiver phy. Kami’Akan masuk ke dalam apa phy nanti, namun, saya tahu itu bisa membuat beberapa pembaca lebih mudah memahami jika mereka memiliki skema untuk dilihat, dan menerapkan artikel tersebut. Ada tangkapan layar skema ini dalam artikel ini. Namun, mereka jauh lebih mudah dilihat di Altium Designer® daripada sebagai gambar di blog.

Protokol Ethernet distandarisasi pada 1980 -an dan berkembang dengan cepat dari kecepatan 10 m hingga 10 g+ bit/s. Dengan hari ini’S Teknologi S, Ethernet Fast (100Base-TX) dan Gigabit Ethernet (1000Base-T) keduanya cukup standar jika kawat sirkuit tembaga (twisted-pair) digunakan sebagai media transmisi fisik. Di sisi lain, jika kabel serat optik lebih disukai, maka bandwidth komunikasi lebih dari 10 gbit/s dapat dicapai. Perlu dicatat bahwa laju transmisi ini adalah angka maksimum teoritis. Akan selalu ada hambatan yang membatasi throughput praktis, seperti kecepatan pengontrol dan/atau prosesor, serta dampak buruk yang disebabkan oleh perutean PCB yang tidak tepat (termasuk crosstalk, ketidakcocokan impedansi, panjang jejak maksimum). Kami’Akan masuk ke tata letak PCB dan pertimbangan perutean menjelang akhir artikel, begitu kita memahami bagaimana Gigabit Ethernet bekerja dan komponen sirkuit yang diperlukan.

Anda mungkin sudah memiliki beberapa gagasan tentang menerapkan Gigabit Ethernet, mungkin Anda bahkan berhasil menerapkan antarmuka Gigabit Ethernet yang berfungsi, atau ini mungkin pertama kalinya Anda menyelam ke dalam desain antarmuka digital berkecepatan tinggi tinggi. Artikel ini dimaksudkan sebagai panduan bagi desainer, dari dasar -dasar teoretis hingga aspek praktis dari desain skematis dan tata letak. Bahkan jika Anda seorang ahli antarmuka digital, artikel ini mungkin berguna sebagai daftar periksa atau pengingat teori. Anda harus menyadari bahwa untuk membantu keterbacaan artikel ini, beberapa blok atau komponen tidak akan dijelaskan di beberapa bagian, tetapi kesenjangan ini akan diisi di beberapa bagian berikut.

Dasar -dasar Gigabit Ethernet

Sebelum melompat langsung ke desain perangkat keras, mungkin bermanfaat untuk memiliki wawasan singkat tentang jenis data apa yang bepergian dari dunia nyata ke pengontrol dari perspektif jaringan. Model OSI 7-lapis generik secara universal digunakan untuk menunjuk struktur bingkai dari semua protokol komunikasi dan Ethernet, sebagaimana didefinisikan oleh IEEE802.3 Standar, menggabungkan beberapa lapisan model OSI menjadi hanya empat lapisan, seperti yang dapat dilihat pada Gambar 1.

Desainer perangkat keras’ bidang yang menarik adalah “Lapisan fisik” (Ethernet phy) dan “Lapisan tautan data,” Sementara lapisan lainnya terutama menarik bagi pengembang firmware, perpustakaan tumpukan jaringan, dan pengembang aplikasi, serta pakar keamanan cyber. Menurut definisi, data Ethernet yang dibawa pada impedansi kabel sirkuit tembaga twisted-pair adalah bagian dari lapisan fisik sampai mencapai perangkat. Di lapisan tautan data, data didekomposisi menjadi format yang dapat dipahami dengan tumpukan jaringan yang tertanam di pengontrol. Secara sederhana, lapisan fisik analog dengan jalan dan truk yang membawa surat. Sebaliknya, lapisan tautan data sesuai dengan amplop yang memiliki informasi alamat yang diperlukan untuk membedakan setiap item surat dari yang lain. Kami akan masuk ke penjelasan yang lebih rinci tentang bagaimana lapisan jaringan ini sesuai dengan informasi tingkat IC yang setara lebih lanjut ke dalam artikel.

Mengapa Memilih Gigabit Ethernet?

Setelah sejarah evolusi protokol Ethernet diperiksa, peningkatan kecepatan signifikan yang datang dengan setiap generasi baru dengan jelas menonjol. Melihat kecepatan perangkat keras papan sirkuit dan kemampuan bandwidth, pilihan generasi yang jelas untuk diimplementasikan ke dalam desain modern adalah Gigabit Ethernet. Ketika datang ke media yang berbeda, katakanlah Anda memilih WiFi untuk menghindari kebutuhan kabel Ethernet, pasti ada beberapa keuntungan dan kerugian jika dibandingkan dengan Ethernet, seperti yang dapat dilihat dalam contoh -contoh berikut.

• Kecepatan: Kecepatan teoritis maksimum WiFi yang beroperasi ke IEEE 802.Standar 11G adalah 54 Mbps, yang jelas tidak sebanding dengan kecepatan Ethernet 100 Mbps atau Gigabit Ethernet. Namun, wifi yang beroperasi ke IEEE 802.11ac Standard menawarkan kecepatan teoritis hingga 3.2 Gbps, yang tiga kali lebih cepat dari Gigabit Ethernet. Perlu dicatat bahwa adaptor wifi dan titik akses semua harus kompatibel dengan 802.11ac untuk komunikasi untuk mencapai kecepatan transmisi semacam itu. Kecepatan teoritis dari tautan wifi seringkali tidak mungkin di dunia nyata karena kita jarang memiliki garis pandang yang sempurna di antara perangkat.
• Keandalan: Koneksi kabel dapat dialihkan sebagai semacam jaringan point-to-point, dan kecuali ada kerusakan kabel atau kesalahan soket yang ada, tidak ada gangguan pada lalu lintas jaringan yang mungkin terjadi. Ini membuat operasi jaringan kabel sangat konsisten dalam hal kecepatan dan latensi. Di sisi lain, WiFi rentan terhadap gangguan dari perangkat nirkabel lainnya serta degradasi sinyal karena kondisi atmosfer dan efek penghalang seperti dinding bangunan. Perubahan sederhana dalam kelembaban dapat sangat memengaruhi kecepatan karena sinyal nirkabel dilemahkan oleh kelembaban atmosfer. Perbedaan kecepatan teoritis dan praktis juga dipengaruhi oleh keandalan, yang jauh lebih dapat dipahami saat menggunakan wifi.
• Keamanan: WiFi mentransmisikan lalu lintasnya melalui udara, yang berarti bahwa penerima dalam jangkauan dapat dengan mudah menangkap aktivitas jaringan kecuali lalu lintas sangat dilindungi kata sandi/dienkripsi dengan algoritma aman yang diketahui. Lalu lintas Anda mungkin lebih aman saat menggunakan koneksi kabel di mana intersepsi yang tidak terdeteksi lebih menantang.
• Kemudahan penggunaan: Jika Anda tidak suka menggunakan kabel, atau Anda beroperasi di lokasi di mana kabel peletakan menjadi masalah, maka memilih WiFi dapat membuat konektivitas jaringan lebih tersedia secara bebas secara bebas.

Kecuali saat merancang perangkat IoT, perancang perangkat keras akan sering menggunakan antarmuka Ethernet untuk berkomunikasi dengan sistem lain, terutama untuk transfer data dan file pemantauan besar. Keandalan dan kecepatan Ethernet sulit dicocokkan, dan keandalan dan kecepatan ini menyederhanakan keputusan rekayasa dan pengembangan perangkat keras dan firmware papan sirkuit. Menggunakan koneksi kabel juga menawarkan keuntungan lain: biaya sertifikasi bisa jauh lebih rendah jika tidak ada transmisi radio dari perangkat karena perangkat akan disertifikasi sebagai radiator yang tidak disengaja.

Bagaimana dengan menggunakan antarmuka usb alih -alih koneksi Ethernet yang mungkin Anda pikirkan? Mereka berdua menggunakan koneksi kabel, dan dengan evolusi teknologi USB baru -baru ini, USB 3. x Antarmuka standar memiliki peringkat kecepatan yang mirip atau lebih tinggi dari gigabit ethernet (USB 3.1: ~ 10 gbps). Haruskah kita mengganti semua peralatan Ethernet dengan USB 3. x Lalu? Sebelum membuat pilihan Anda, pikirkan jika Anda senang puas dengan yang berikut:

• Panjang kabel yang lebih pendek (beberapa meter, bukan ~ 100 meter untuk Ethernet)
• Koneksi point-to-point, bukan koneksi multi-poin
• USB tidak’t Menawarkan jaringan tipikal, jadi mendorong data ke server web/basis data/file jarak jauh adalah sebuah tantangan.

Jika Anda dapat hidup dengan pembatasan itu, maka mengapa tidak memberikan USB3.x mencoba, bukan Ethernet? Perhatikan bahwa pembatasan ini tidak dimaksudkan untuk merendahkan USB3.x Teknologi; Apakah Anda memilih USB atau Ethernet ditentukan oleh apa yang Anda butuhkan untuk persyaratan aplikasi spesifik Anda.

Untuk Ethernet, game-changer adalah penggunaan tautan komunikasi optik alih-alih kabel tembaga, opsi yang memperluas hampir semua kecepatan, latensi, dan batas panjang kabel. Namun, Fiber Gigabit Ethernet adalah subjek untuk lain waktu dan tidak akan dibahas dalam artikel ini.

Ethernet adalah teknologi yang sangat nyaman, memungkinkan akses langsung ke protokol dan sistem jaringan standar. Jika jaringan perangkat Anda terpasang ke memungkinkan akses ke internet, mendorong data ke server jarak jauh seperti penyedia cloud adalah implementasi yang relatif sepele ketika datang ke pengembangan perangkat lunak/firmware. Ethernet memungkinkan Anda untuk memanfaatkan infrastruktur yang ada. WiFi menawarkan banyak kenyamanan tetapi dilengkapi dengan risiko dan hukuman yang mungkin atau mungkin tidak dapat diterima untuk aplikasi Anda. USB adalah standar produktif yang tersedia di banyak perangkat. Namun, perangkat Anda harus dekat dengan host atau perangkat klien yang biasanya membutuhkan perangkat lunak khusus yang diinstal pada perangkat itu untuk menyediakan komunikasi dengan produk yang Anda kembangkan. Ethernet tidak selalu merupakan jawaban yang tepat untuk masalah tersebut, tetapi itu’S sering kali jawaban yang bagus.

Menyelam ke konektor RJ-45

Sejak dahulu kala, soket dan colokan tipe RJ-45 dengan kabel tembaga twisted-pair telah digunakan untuk antarmuka Ethernet. Struktur kabel yang paling umum adalah “Unshielded Twisted Pair (UTP),” yang dikategorikan sesuai dengan frekuensi pembawa maksimum dari Kategori 1 (CAT1) ke Kategori 8 (CAT8). Frekuensi pembawa menentukan kecepatan transmisi, dan untuk mendapatkan kecepatan yang benar, dinilai kabel sebagai CAT5 atau lebih tinggi harus selalu digunakan untuk gigabit Ethernet Anda.

Kiat: Perhatikan saat memilih soket RJ-45 untuk PCB Anda, karena beberapa soket memiliki opsi profil rendah, yang akan memerlukan cut-out papan di bawah konektor. Juga, perhatikan bahwa beberapa jack RJ-45 termasuk sirkuit terminasi Ethernet Magnetics yang diperlukan (dikenal sebagai terminasi Bob Smith) yang diintegrasikan ke dalam konektor (kadang-kadang disebut konektor magjack).

Seperti dapat dilihat pada Gambar 2, kabel UTP memiliki empat pasangan terpelintir di mana setiap pasangan diberi satu sinyal positif dan satu sinyal negatif. Sementara 10/100 Mbps Ethernet hanya menggunakan dua pasangan, Gigabit Ethernet menggunakan keempat pasangan untuk komunikasi dupleks penuh dan berbeda dari Ethernet cepat karena keempat pasangan yang digunakan oleh Gigabit Ethernet adalah dua arah adalah dua arah adalah dua arah adalah dua arah adalah dua arah adalah dua arah adalah dua arah adalah dua arah adalah dua arah adalah dua arah adalah dua arah adalah dua arah adalah dua arah adalah dua arah adalah dua arah adalah dua arah adalah dua arah adalah dua arah adalah dua arah adalah dua arah adalah dua arah adalah dua arah adalah dua arah adalah dua arah adalah dua arah adalah dua arah adalah dua arah adalah dua arah adalah dua arah adalah dua arah adalah dua arah adalah dua arah adalah dua arah adalah dua arah adalah dua arah adalah dua arah adalah dua arah adalah dua arah adalah dua arah adalah dua arah adalah dua arah adalah dua arah. Pada titik ini, dua pertanyaan cenderung bermunculan: mengapa mereka menggunakan pasangan bengkok, dan mengapa ada satu sinyal positif dan satu negatif untuk setiap pasangan?

Jawaban singkatnya adalah bahwa kedua fitur ini digunakan untuk mengurangi efek radiasi dan gangguan elektromagnetik. Kabel paralel dalam satu bundel (tidak dipelintir) dapat dengan mudah menyuntikkan kebisingan satu sama lain, karena kabel bertindak sebagai induktor pembawa arus dan menciptakan medan magnet. Teknik transmisi diferensial adalah titik awal yang sangat baik dalam mencegah efek medan magnet ini karena metode ini menggunakan dua kabel, satu untuk sinyal asli dan satu untuk salinan sinyal terbalik yang masing -masing menginduksi medan magnet yang sama dan berlawanan yang membatalkan yang lain keluar.

Meskipun penerima diferensial resisten terhadap noise mode-umum dengan desain, jika kabel sinyal positif dan negatif tidak sama-sama jauh dari sumber noise, noise mode umum dapat dikonversi menjadi noise mode diferensial. Masalah ini diselesaikan dengan memutar pasangan sinyal positif dan negatif menjadi satu. Ini memastikan mereka dekat satu sama lain dalam seluruh panjang kabel. Variasi teknik ini, routing pasangan diferensial, adalah teknik luas yang digunakan dalam tata letak PCB untuk sinyal kritis.

Masalah lain yang terlihat dalam komunikasi berkecepatan tinggi adalah refleksi sinyal. Jika ada ketidaksesuaian impedansi di sepanjang jalur sinyal, daya maksimum tidak akan ditransfer di luar titik itu, dan beberapa energi sinyal akan dipantulkan kembali ke sumber. Jika impedansi kabel yang lebih panjang dan/atau jejak PCB tidak cocok, kualitas sinyal dapat terdegradasi ke titik di mana ia mengakibatkan kegagalan komunikasi.

Singkatnya, kabel UTP memiliki empat pasangan bengkok seimbang yang memiliki impedansi karakteristik 100 ohm untuk mengurangi refleksi, dan mereka dipelintir pada rasio belokan yang berbeda untuk mengurangi crosstalk di antara pasangan. Industri melakukan yang terbaik dengan pembuatan kabel, dan artikel ini akan memandu Anda melalui cara mendapatkan tata letak PCB terbaik untuk menghindari kebisingan sinyal atau efek samping kerugian.

Menafsirkan sinyal Ethernet di PCB

Bahkan ketika kita berbicara tentang antarmuka digital berkecepatan tinggi, tidak akan salah untuk mengatakan bahwa dunia nyata adalah sebuah “analog” lingkungan. Semua informasi yang bepergian di sepanjang kabel harus didigitalkan sesuai dengan protokol pengontrol yang diperlukan, terlepas dari arsitekturnya. Mengingat model OSI dan lapisan untuk protokol Ethernet, yang pertama adalah “Lapisan fisik” (Phy), yang dimulai dari kabel dan berlanjut hingga sinyal dunia nyata yang dimodulasi diterima/ditransmisikan oleh perangkat phy IC. PHY IC adalah transceiver dari antarmuka Ethernet yang menangani operasi pengkodean/decoding sesuai dengan protokol dan termasuk “Antarmuka bergantung sedang (MDI)” untuk media transmisi yang terhubung (i.e., Kabel UTP dalam kasus Gigabit Ethernet).

Lapisan kedua adalah “Lapisan tautan data,” yang diimplementasikan di Media Access Controller (Mac) yang merupakan pengontrol perantara antara PHY dan mikroprosesor yang mencakup tumpukan jaringan dalam firmwarenya. Setelah phy menyelesaikan tugasnya dengan bit sinyal, itu langsung mengirimkannya melalui “Antarmuka medium-independen (MII)” ke pengontrol MAC, yang membuat dan memvalidasi struktur bingkai sesuai dengan protokol yang ditentukan. PHY menggunakan MDI untuk koneksi RJ-45. MII digunakan untuk antarmuka antara phy dan mac.

Perancang perangkat keras biasanya memiliki tiga opsi saat menerapkan antarmuka Gigabit Ethernet ke dalam sistem mereka:

RJ-45 RJ-45 RJ-45 Karena throughput data untuk persyaratan untuk gigabit (1/10+gbps), antarmuka Ethernet sangat tinggi, bus berkecepatan tinggi seperti PCI, PCIe, USB3.Bus paralel x atau 16-/32-bit diperlukan untuk unit pemrosesan yang tidak memiliki MAC terintegrasi. Sebagian besar mikroprosesor kelas atas dan sistem-di-chip (SOC) (misalnya, NXP I.Mx6 dan i.MX8, Xilinx Zynq-7000 SoC, Ti Sitara) memiliki pengontrol MAC gigabit terintegrasi untuk menangani transfer data bandwidth tinggi ke dalam tumpukan jaringan secara internal. Sebaliknya, beberapa MCU kelas menengah (misalnya, ST STM32F4 dan banyak seri korteks lengan lainnya, atau microchip PIC32M) memiliki 10/100 Mbps Ethernet Mac Ethernet. Meskipun kami telah menyebutkan opsi ketiga, tidak mudah untuk menemukan kombinasi gigabit phy dan mac dalam satu paket. Jadi, kami baru saja memasukkan opsi ini untuk kelengkapan; Misalnya, Microchip LAN7430 dan LAN7850 tersedia di pasar. Juga, Intel 825xx Series adalah pilihan lain, tetapi pemasok generik tidak menyimpannya, dan ketersediaan tunduk pada jumlah pesanan minimum (MOQ) dan perjanjian non-pengungkapan (NDA). Di sisi lain, untuk opsi 10/100 Mbps, Anda dapat menemukan banyak perangkat ini di papan elektronik tingkat hobi seperti ENJ2860, ENC424J600, dan W5100/W5500 dengan interfacing untuk bus antarmuka periferal serial (SPI) dengan serial periferal interface (SPI) dengan serial periferal antarmeral serial perifer (SPI) dengan serial periferal antarmeral serial perifer serial perifer. Secara umum, opsi kedua yang kami daftarkan selalu lebih disukai jika unit pemrosesan memiliki antarmuka Mac (MII) yang cukup untuk kuantitas antarmuka gigabit yang diperlukan untuk desain. Bahkan dengan jumlah antarmuka Mac yang terbatas di sisi prosesor, penggunaan sakelar Ethernet tingkat IC dapat menyelesaikan masalah jika semua antarmuka Ethernet beroperasi pada tingkat kerahasiaan jaringan yang sama. Gunakan oleh industri pertahanan mungkin memerlukan pemisahan fisik antarmuka untuk alasan keamanan. Berdasarkan informasi yang telah kami bahas sejauh ini, kami telah memilih contoh desain yang akan didasarkan pada penggunaan phy diskrit dan mac terintegrasi. Sebelum melangkah lebih jauh, biarkan’Lihatlah pemasok mana yang umumnya menyediakan gigabit diskrit populer Phy dan mac ics. Perhatikan bahwa kriteria seleksi spesifik dan pertimbangan fitur mereka akan dibahas di bagian berikut. Perangkat yang sesuai adalah KSZ9031, KSZ9131, VSC8211, dan VSC8501 (semua dari microchip/microsemi), ADIN1300 (perangkat analog), MAX3956 (Maxim), dan DP83867 (Texas), yang semuanya merupakan gigab stok umum, dan DP83867 (Texas), yang merupakan Gigabit Stocked Gigabit pHy. Broadcom adalah produsen gigabit phy lainnya (seri BCM546X dan BCM548X), tetapi mereka umumnya tidak stok dengan MOQ tinggi dan/atau mereka memiliki waktu tunggu yang lama. LAN7431 dan LAN7801 (Microchip), BCM5727, dan BCM5720 (Broadcom) semuanya adalah IC pengontrol MAC gigabit yang dapat ditemukan tersedia di pasar. Kiat: Perhatikan persyaratan lingkungan dari sirkuit terintegrasi saat Anda membuat pilihan Anda. Periksa kembali kebutuhan Anda dalam hal suhu operasi, kepatuhan ROHS, dan sensitivitas kelembaban selain persyaratan listrik seperti tingkat tegangan Ethernet, jejak perangkat, dll.Kemaknitan

• Tidak perlu untuk pasokan tegangan di sisi yang terisolasi karena sinyal ditransfer langsung di atas transformator.
• Sinyal Ethernet (bahkan 10 Mbps) terlalu cepat untuk sebagian besar optoisolator, dan transformer lebih murah dan lebih mudah diperoleh.
• Pada dasarnya, transformator memiliki rasio penolakan mode-umum yang sangat tinggi (CMRR), yang membuat mereka sangat cocok untuk komunikasi diferensial. Tegangan mode umum yang diterapkan pada kedua terminal transformator ditolak, dan hanya tegangan diferensial antara terminal yang ditransfer ke sisi yang terisolasi.
• Karena pasangan MDI dikendalikan oleh pasangan diferensial seimbang yang dikendalikan impedansi (z0 = 100 Ω), mereka harus dicocokkan secara ketat dengan impedansi karakteristik kabel pasangan terpelintir. Misalkan pasangan kabel memiliki impedansi yang berbeda dari pasangan MDI. Dalam hal ini, transformator menawarkan titik ideal untuk mengatasi ketidakcocokan impedansi yang memungkinkan sinyal ditransfer tanpa refleksi apa pun karena impedansi yang cocok. Juga, seperti yang akan kita bahas di bagian berikut, beberapa perangkat transceiver phy mungkin didasarkan pada pasangan MDI yang tidak seimbang, dan transformator sangat ideal untuk digunakan sebagai konverter Balun (seimbang-ke-tidak seimbang).
• Perlindungan tegangan isolasi tinggi (standar membutuhkan kekebalan hingga 1500 VAC pada 50/60 Hz selama 60 detik antara pasangan atau dari satu pasangan ke tanah sasis) mudah diperoleh saat menggunakan isolasi magnetik, yang melindungi sisi phy dari efek serangan ESD ESD.

Beberapa kelemahan menggunakan transformator adalah memblokir komponen DC dan tidak terlalu efisien pada frekuensi rendah. Namun, ini dapat dengan mudah diselesaikan dengan skema modulasi dan memilih transformator yang sesuai yang memenuhi definisi standar protokol Ethernet yang dipilih.

Setelah memutuskan untuk melanjutkan menggunakan opsi Transformer, dan setelah pencarian pemasok singkat, pertanyaan pertama yang paling mungkin Anda miliki adalah apakah Anda harus menggunakan magnet diskrit atau konektor dengan magnet Ethernet terintegrasi. Sayangnya, tidak ada jawaban yang sempurna, dan pertukaran antara opsi-opsi ini perlu dianalisis secara rinci oleh perancang. Perbandingan dua opsi dirangkum dalam Tabel-1 di bawah ini (teks tebal menunjukkan pemenangnya).

Tabel 1. Trade-off antara magnet diskrit dan terintegrasi

Magnetika diskrit	Magnetika terintegrasi dengan RJ-45
Biaya	Lebih mahal karena menggunakan lebih banyak komponen.	Lebih murah karena jumlah item bom lebih rendah.
Perakitan	Lebih kompleks dengan bagian yang lebih solder.	Perakitan hanyalah konektor, dan kemudian siap digunakan.
Tata letak	Tata letak yang lebih kompleks dan buruk dapat meniadakan keunggulan listrik menggunakan magnet diskrit.	Lebih mudah dan dengan risiko tata letak yang lebih sedikit.
Pemeliharaan	Bagian yang gagal mungkin menjadi masalah dan diganti secara terpisah.	Jika terjadi kegagalan, seluruh konektor perlu diganti, jadi mungkin lebih mahal untuk dipertahankan dalam jangka panjang daripada opsi diskrit.
Crosstalk/EMC dan ESD	Dengan bantuan tata letak yang baik, kemungkinan crosstalk antara pasangan berkurang hingga mendekati nol. Saat magnet membuat domain yang terisolasi, serangan ESD ditangani di area terbatas PCB sebelum mencapai sisi phy.	Meskipun pelindung logam dari konekter memberikan beberapa keunggulan EMC, lebih rentan terhadap crosstalk di antara pasangan, dan lonjakan tegangan dari pemogokan ESD mungkin digabungkan ke pasangan phy mdi lebih mudah karena transformator terletak di dalam area kecil.
Kompatibilitas phy	Kompatibel dengan semua fisik karena semua koneksi yang dialihkan secara terpisah ke pin.	Beberapa koneksi tap tengah dapat digerakkan bersama untuk mengurangi jumlah pin, dan kemudian dialihkan ke satu pin yang dapat menyebabkan degradasi kinerja.

Mengingat informasi yang disediakan, itu’S sampai perancang untuk memilih yang paling cocok untuk aplikasi khusus mereka. Hanya untuk dicatat bahwa berdasarkan pengalaman kami, jika ada jenis keandalan dan/atau persyaratan keselamatan (seperti MTBF, FME (c) persyaratan dalam industri otomotif dan pertahanan), maka penggunaan magnet diskrit biasanya merupakan pilihan yang lebih baik. Untuk proyek komersial yang diproduksi secara massal dan elektronik tingkat hobi, magnet terintegrasi sangat cocok karena mereka mengurangi biaya dan menyederhanakan proses desain. Di sini, opsi magnet diskrit akan dipilih untuk contoh desain kami. Struktur internal, kriteria seleksi, dan diagram koneksi untuk magnet diskrit akan dijelaskan di bawah ini.

Pertama, magnet yang dipilih harus memiliki blok transformator untuk masing -masing dari empat pasangan yang digunakan dalam aplikasi Gigabit Ethernet. Juga, meskipun tidak wajib, memiliki common-mode choke (CMC) untuk meningkatkan kekebalan noise mode umum selalu merupakan pilihan yang baik. Meskipun penerima diferensial sendirian baik dalam menolak noise mode umum (CM), dengan bantuan CMC, rasio sinyal-ke-noise dan, sebagai hasilnya, laju kesalahan bit akan ditingkatkan di sisi penerima. Dalam hal pasangan pemancar, CMC mengurangi emisi EM yang disebabkan oleh kebisingan CM yang digabungkan ke pasangan phy MDI. Komponen opsional lain dalam magnet adalah transformer otomatis yang menciptakan jalur impedansi tinggi untuk sinyal Ethernet diferensial sambil menciptakan jalur impedansi rendah untuk sinyal CM.

Untuk meringkas, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5 di atas, transformator isolasi 1: 1 dan choke mode umum selalu termasuk dalam magnet Ethernet yang tersedia di pasar. Bagian yang mudah dari proses seleksi adalah untuk memeriksa bahwa toleransi belitan kurang dari ± 5%, dan memverifikasi bahwa tegangan isolasi, frekuensi kerja, CMRR, dan rasio crosstalk semuanya sesuai dengan standar IEEE untuk pinout Ethernet Gigabit Gigabit Gigabit Gigabit Gigabit Gigabit Gigabit Gigabit Gigabit Gigabit. Memilih Magnetika dengan Auto-Transformer adalah trade-off lain untuk dipertimbangkan perancang, memastikan kepatuhan dengan persyaratan EMI/EMC tingkat sistem ditambah persyaratan apa pun yang diperoleh oleh pihak berwenang seperti FCC keduanya merupakan faktor vital. Memilih opsi magnet 12-winding akan meningkatkan biaya sambil mengurangi risiko kegagalan pada tes EMC. Atau, opsi magnet 8 yang lebih murah dan memungkinkan desain tata letak yang baik, tetapi risiko kegagalan uji EMC mungkin perlu dikurangi. Ini adalah praktik yang baik untuk memilih opsi magnet 12-winding jika antarmuka Ethernet adalah bagian dari sistem digital yang menghasilkan banyak kebisingan. Jika 8-winding diinginkan dalam keadaan seperti itu, pertimbangkan untuk menghubungkan sisi CMC ke sisi kabel untuk kinerja EMI yang lebih baik (perhatikan bahwa menghubungkannya dengan cara lain juga akan berfungsi). Di mana pemindahan 12 dipilih, transformer otomatis harus dihubungkan ke sisi kabel untuk operasi yang benar. Elektronik pulsa, bel fuse, halo, bourns, dan tdk semuanya produsen magnet yang umum. Untuk menghindari kebingungan saat membaca lembar data, biasanya, label pin dimulai dengan “MX” dimaksudkan untuk terhubung ke “media” sisi (kabel), dan label pin dimulai dengan “Td” terhubung ke sisi phy.

Menangani masalah yang terkait dengan EMC bisa “Sihir hitam,” Dan sebelum melakukan tes, sulit untuk sepenuhnya yakin apakah level akan berada dalam batas. Oleh karena itu, seorang desainer perlu menggunakan setiap teknik pengurangan kebisingan yang tersedia dan memiliki beberapa opsi peningkatan alternatif yang siap untuk mengurangi risiko untuk memastikan bahwa levelnya cukup rendah dalam desain akhir. Independen dari topologi dalam magnet Ethernet, baik transformator isolasi 1: 1 dan transformer otomatis memiliki keran pusatnya dialihkan ke pin untuk memberikan penghentian tambahan, penyaringan, dan opsi biasing.

Menurut paten Robert (Bob) w. Smith, Hubungan Pasangan Kabel UTP membentuk jalur transmisi relatif satu sama lain. Jika saluran transmisi tidak diakhiri dengan benar, maka ada kemungkinan refleksi yang akan menurunkan kualitas sinyal. Untuk mencegah refleksi, disarankan bahwa setiap pusat ketuk di sisi kabel (termasuk komponen 8 atau 12 yang mengikat) secara terpisah diakhiri menggunakan resistor 75-ohms ke ground sasis magnetika. Ini juga praktik yang baik untuk menambahkan satu kapasitor tegangan tinggi antara resistor terminasi dan sasis untuk membentuk filter tambahan untuk pengurangan noise mode umum, mirip dengan topologi terminasi split. Perhatikan bahwa setiap keran pusat harus memiliki resistor terminasi individu, sementara hanya satu kapasitor yang memadai untuk keempat koneksi sasis. (Lihat Gambar 6 dan 7 di bawah)

Kiat: Ini adalah praktik yang baik untuk menggunakan resistor terminasi MELF 75 ohm yang tahan lonjakan untuk meningkatkan kekebalan ESD pada sisi kabel magnet, meskipun resistor Melf sangat membuat frustrasi bagi perakit.

Ketika datang ke ketukan tengah di sisi phy, ini umumnya harus dihubungkan ke ground sinyal menggunakan kapasitor untuk tujuan penyaringan tambahan. Seperti resistor terminasi bob-smith, setiap keran pusat untuk pasangan harus memiliki kapasitor sendiri untuk mencegah aliran arus liar di antara masing-masing pasangan. Keran pusat ini juga dapat digunakan untuk memasok tegangan bias mode umum yang diperlukan yang diperlukan oleh topologi phy dan/atau menarik garis ke atas/ke bawah sesuai dengan konfigurasi pengalir garis yang berbeda di sisi phy. Harap periksa phy data lembar dengan hati-hati untuk mengidentifikasi konfigurasi biasing dan pengemudi lini mana yang berlaku. Ini akan dibahas lebih lanjut di bagian selanjutnya.

Gigabit Phy

Dikatakan bahwa PHY adalah titik kritis di mana transfer data Ethernet dari “Digital” dunia ke dalam “Analog” dunia nyata terjadi, dan sebaliknya. Seperti dapat dilihat pada Gambar-8 di bawah ini, PHY adalah komponen aktif terakhir sebelum sinyal masuk ke konektor (dan magnet) di ketiga opsi konfigurasi.

Selama proses pemilihan PHY, hanya dua pertanyaan mendasar yang akan menjadi penentu penting untuk pemilihan perangkat karena sebagian besar properti yang ditentukan standar secara otomatis disertakan dalam phy ic apa pun. Pertanyaan pertama adalah penentuan antarmuka untuk koneksi ke Data Link Layer Devices (Mac), dan pertanyaan kedua adalah penentuan opsi media yang didukung untuk koneksi sisi kabel. Seperti yang dinyatakan sebelumnya, transceiver phy memiliki a “Antarmuka tergantung media” (MDI) untuk komunikasi dunia nyata dan a “Antarmuka independen media” (MII) untuk Mac Communications. Konvensi penamaan MII mungkin dianggap sebagai nama merek generik yang juga digunakan untuk produk (i.e., mengacu pada biskuit serba hitam dengan vanilla creme sebagai oreo). Ada lima alternatif yang tersedia, yaitu MII, RMII, GMII, RGMII, dan SGMII (singkatnya, mari kita merujuk semua ini sebagai “xmii”). Masing -masing akan dirinci lebih lanjut di bagian selanjutnya. PHY perlu memiliki antarmuka yang sesuai dengan Mac yang dipilih. Demikian pula, persyaratan tingkat sistem dari media transmisi, seperti kabel tembaga dan serat optik, perlu dipertimbangkan. Jika kabel UTP tembaga harus digunakan, PHY harus memiliki antarmuka MDI yang sesuai untuk magnetika dan konektor RJ-45.

Untuk menunjukkan poin ini, Anda harus memeriksa halaman produk PHY yang dipilih dalam contoh desain, yang merupakan KSZ9131. Ada dua opsi yang tersedia, KSZ9131MNX dan KSZ9131RNX. Sementara opsi sebelumnya mendukung GMII/MII, yang terakhir hanya mendukung RGMII. Jika Mac yang dipilih hanya memiliki antarmuka RGMII, maka KSZ9131MNX akan menjadi pilihan yang salah. Tidak perlu menyebutkan sisi MDI karena ini relatif lebih jelas ketika memilih PHY yang benar, dengan pilihan antara antarmuka kabel serat dan tembaga.

Membaca dan memahami lembar data phy gigabit mungkin tidak muncul semudah ini karena akan ada banyak properti yang ditentukan standar yang tercantum di bagian fitur. Kecuali jika Anda perlu membuat implementasi khusus antarmuka Gigabit Ethernet, sebagian besar fitur ini adil “senang bisa memiliki” pilihan yang mungkin membuat hidup sedikit lebih mudah. Kami akan mencoba menjelaskan beberapa ini secara singkat dan jika Anda merasakan beberapa informasi tambahan diperlukan untuk aplikasi spesifik Anda, cukup google kata kunci yang sesuai:

• Negosiasi otomatis: Ini paling baik didefinisikan sebagai perjanjian timbal balik oleh perangkat jaringan yang berbagi koneksi kabel pada kecepatan, dupleks, dan kontrol apa yang harus mereka semua gunakan untuk mengelola penggunaan tautan mereka. Fitur ini sangat berguna untuk kompatibilitas ke belakang dan ke depan, dan merupakan persyaratan wajib untuk setiap gigabit Ethernet.
• MDIX AUTO (Crossover): Untuk operasi 10/100base, pasangan TX perlu diarahkan ke pasangan RX, dan sebaliknya. Solusi primitif adalah mengubah urutan pasangan di konektor kabel. Ini kemudian berevolusi menjadi perubahan ke urutan konektor perangkat (MDI untuk urutan lurus yang digunakan dengan PC dan MDIX untuk urutan terbalik yang digunakan dengan sakelar/hub). Terakhir, insinyur HP mematenkan protokol otomatis-mdix yang memungkinkan PHY untuk memutuskan pasangan transmisi/penerima dan menetapkan tautan komunikasi yang tepat. Alasan utama untuk menggunakan fungsi ini adalah kompatibilitas ke belakang dan untuk menghilangkan kebutuhan untuk menggunakan kabel Crossover UTP karena pasangan Ethernet Gigabit adalah dua arah, dan menggunakan algoritma yang berbeda dalam PHY seperti pembatalan gema Echo.
• Ethernet Efisien Energi (EEE): Seperti yang dapat dilihat dengan nama, jika PHY memiliki fitur EEE, maka jika tidak ada data yang perlu dikirim untuk waktu tertentu, pemancar secara otomatis dimasukkan ke dalam mode berdaya rendah, membiarkan semua perangkat yang terhubung tahu itu dalam keadaan ini dengan mengirim paket LPI. Karena penerima selalu aktif, tidak ada risiko mengganggu komunikasi, dan biasanya, ini dapat menyebabkan penghematan daya lebih dari 50%.
• IEEE 1588 Precision Time Protocol (PTP): Fitur ini umumnya diperlukan oleh aplikasi waktu nyata mulai dari otomatisasi pabrik hingga telekomunikasi. Fitur 1588 terintegrasi dapat menghasilkan sinyal ethernet jam jitter yang disinkronkan secara ketat, cap paket, dan memicu peristiwa pada GPIO.
• Ethernet yang disinkronkan (Synce): Untuk komunikasi kritis waktu-waktu yang tinggi seperti transfer suara dan video real-time, buffering data di setiap node perlu diminimalkan, dan sebagai hasilnya, semua node harus disinkronkan dengan ketat ke sinyal clock bersama. Synce dibuat untuk membawa informasi jam antar node menggunakan perangkat phy. Setiap PHY memulihkan sinyal jam dan menggunakan PLL internal atau eksternal untuk menghilangkan jitter sebelum menggunakan sinyal untuk menyinkronkan operasi.

Ethernet phy termasuk blok pengkodean dan modulasi sesuai standar IEEE untuk mengatasi keterbatasan fisik yang memungkinkan kabel CAT5 UTP menjadi efisien dan disertifikasi untuk frekuensi hingga 125 MHz. Jika PHY mengirimkan setiap bit dalam satu siklus clock (seperti 10base), maka kabel yang mendukung laju 1 GHz akan diperlukan. Alih -alih mengirim setiap bit dalam satu siklus clock, 100/1000base mentransmisikan satu “Baud” per siklus dengan pengkodean diterapkan. 100Base mengkodekan setiap kelompok 8-bit ke dalam paket 10-bit (skema 4B/5B atau 8B/10B) untuk meningkatkan keandalan, yang berarti perlu dikirim pada tingkat 125 Mbaud yang membutuhkan kecepatan clock 125 MHz.

Gigabit Ethernet menggunakan modulasi PAM-5 yang menggunakan lima level tegangan Ethernet dan mengkodekan dua bit per siklus clock menggunakan empat level tegangan berbeda di setiap pasangan; Level tegangan kelima digunakan untuk koreksi kesalahan. Perbedaan utama antara 100base dan 1000base adalah bahwa Gigabit Ethernet menggunakan keempat pasangan dua arah dan pada saat yang sama. Dengan menggunakan matematika dasar, kita dapat melihat bahwa 1000 mbps / 4 = 250 mbps per pasangan, dan mengkode dua bit di setiap siklus menghasilkan kecepatan clock 125 MHz. Jadi, dengan menggunakan laju baud yang sama dan frekuensi clock dengan Ethernet cepat, Gigabit Ethernet menggunakan semua sumber daya yang tersedia secara lebih efisien dan meningkatkan kecepatan tautan, sambil tetap berada dalam batas bersertifikat kabel CAT5 yang relatif murah daripada perlu menggunakan kabel kategori yang lebih tinggi lebih mahal lebih tinggi lebih mahal lebih tinggi lebih mahal lebih tinggi lebih mahal lebih mahal lebih mahal dengan kabel kategori lebih tinggi lebih mahal lebih mahal lebih mahal lebih mahal lebih mahal lebih mahal lebih mahal lebih mahal lebih mahal lebih mahal lebih mahal lebih mahal lebih mahal lebih mahal lebih mahal lebih mahal lebih mahal lebih mahal lebih mahal lebih mahal lebih mahal lebih mahal.

Modulasi/pengkodean yang digunakan sangat umum di seluruh dunia komunikasi, dan semua transceiver seharusnya tidak memiliki masalah berhasil memodulasi dan mendemodulasi (mod/demod) sinyal Ethernet. Karena gigabit Ethernet phy adalah perangkat transceiver yang kompatibel ke belakang, kita dapat melihat mengapa membutuhkan sumber jam 10 MHz (10base) dan 125 MHz (100/1000base) untuk proses mod/demod. Juga, referensi jam tambahan seperti 2.5 MHz, 25 MHz, atau 125 MHz mungkin diperlukan untuk phy-to-makh “xmii” komunikasi tergantung pada jenis antarmuka yang dipilih. Secara umum, phy juga akan memiliki output clock 25 MHz atau 125 MHz untuk disinkronkan dengan Phys lain atau sebagai referensi input untuk perangkat Mac.

Semua Ethernet Phys yang tersedia di pasaran memiliki synthesizer jam PLL internal, jadi hanya perlu kristal atau osilator referensi, umumnya pada 25 MHz. Itu selalu merupakan ide yang baik untuk memeriksa ulang lembar data untuk melihat apakah ia memiliki driver kristal bawaan yang membuatnya dapat menggunakan kristal. Secara umum, persyaratan akurasi disarankan untuk lebih baik dari 50 ppm, dan memanfaatkan osilator dapat membuat tata letak lebih mudah. Sekali lagi, ini merupakan pertukaran bagi para desainer dalam hal harga, stabilitas, dan upaya tata letak. Anda harus berhati -hati untuk memeriksa kapasitansi beban kristal jika Anda memilih opsi ini.

Itu “mengikat” atau “Bootstrap” Terminologi yang digunakan untuk perangkat Ethernet menentukan pengaturan yang dikodekan untuk parameter seperti alamat perangkat, mode, pemilihan XMII, mengaktifkan jam, dll. Sebelum perangkat menyelesaikan power-up. Sangat disarankan untuk memeriksa lembar data dengan hati-hati untuk opsi tali karena ini bergantung pada vendor dan mungkin dapat berubah di antara setiap perangkat. Titik penting di sini adalah menyesuaikan waktu reset yang diperlukan untuk pin tali untuk menetap pada tingkat tegangan yang diinginkan, yang mudah disesuaikan dengan menggunakan sirkuit penundaan RC.

Poin lain yang terkait dengan seleksi phy adalah memeriksa apakah memiliki resistor terminasi internal atau tidak. Kehadiran mereka sangat penting untuk integritas sinyal, baik untuk MDI dan sisi MII. MDI menggunakan pasangan diferensial yang seimbang, jadi jika PHY tidak memiliki resistor terminasi on-chip, penghentian split paralel (lebih disukai daripada filter noise mode umum) harus ditambahkan ke papan. Demikian pula, antarmuka XMII harus memiliki resistor terminasi seri, baik on-chip atau onboard.

Seperti yang disebutkan secara singkat, saat menggambarkan penggunaan keran pusat magnet, ada dua jenis driver garis yang tersedia untuk Gigabit Ethernet: mode saat ini dan mode tegangan. Desainer harus memeriksa pengemudi garis phy untuk tap pusat-tap magnet dan koneksi ketukan pusat terminasi. Karena driver mode tegangan memiliki berbagai keunggulan dibandingkan mode arus, saat ini, jenis driver garis ini lebih umum di antara perangkat. Namun, perancang harus tetap menyadari persyaratan driver lini mode saat ini untuk berbagai aspek desain.

Kiat: Untuk bacaan lebih lanjut, periksa microsemi “CATATAN APLIKASI ENT-AN0106”.

Sebagian besar perangkat Ethernet (PHY, Mac, dan Switch) membutuhkan 1.2 V Rel Pasokan untuk inti analog dan digital serta untuk daya PLL. Persediaan analog, digital, dan IO lainnya biasanya dapat dipilih dari 3.3 V, 2.5 V, dan 1.8 V, dan lembar data harus diperiksa dengan cermat untuk skema catu daya yang diperlukan. Untuk mengizinkan operasi pasokan tunggal, perangkat mungkin memiliki pengontrol LDO terintegrasi (E.G., Di KSZ9131) yang menggerakkan FET untuk mengatur 3.3 V atau 2.5 V pasokan ke bawah ke 1 yang diperlukan.2 V pasokan. Jika Dewan sudah memiliki 1 terpisah.2 V catu daya, maka opsi ini mungkin tidak diperlukan. Karena seleksi FET sangat terkait dengan pengontrol, desainer harus mengikuti rekomendasi dalam lembar data untuk spesifikasi FET.

Meskipun akan dirinci di bagian selanjutnya, perlu disebutkan bahwa PHY dan Mac harus memiliki koneksi antarmuka manajemen di atas “xmii” Koneksi untuk membangun komunikasi yang benar.

Setelah memilih PHY yang benar untuk memenuhi persyaratan dan mengikuti rekomendasi di atas, desain skematis cukup standar terlepas dari perangkat yang dipilih dan mengikuti langkah -langkah ini:

• Memasok daya yang benar ke rel dengan kapasitor decoupling massal dan lokal
• Koneksi ke Magnetika dan Konektor dengan LED
• Koneksi ke Mac dengan XMII
• Koneksi ke Mac untuk Antarmuka Manajemen (MIIM)
• Memasok input jam yang benar
• Periksa dan atur “mengikat” pilihan
• Periksa dan atur opsi penghentian dan biasing

Desain skematik sampel menggunakan KSZ9131 PHY disediakan pada Gambar 13 di bawah ini. Beberapa catatan penjelasan dan koneksi pin khusus perangkat diberikan di dalam skema. Anda dapat menemukan file skematik untuk angka ini di github, karena itu’jauh lebih mudah untuk dilihat di Altium Designer.

PHY TO MAC Communication

Data Digitalisasi dan Demodulated/Decoded ditransfer ke perangkat lapisan tautan data Mac melalui “xmii” antarmuka media-independen. Sebagian besar variasi MII (kecuali untuk SGMII) adalah antarmuka paralel dan mirip dengan bus memori paralel. Sinyal Ethernet yang ditransmisikan dan diterima harus disinkronkan menggunakan sinyal jam. Sangat penting untuk diingat bahwa teknologi yang berkembang tidak hanya meningkatkan persyaratan bandwidth tetapi juga dapat menghasilkan banyak antarmuka yang digunakan pada saat yang sama. Inilah sebabnya mengapa memiliki setidaknya satu pin GPIO mungkin berharga untuk membuktikan masa depan secara keseluruhan.

Pada awalnya, antarmuka Ethernet 10/100 Mbps dengan MII berdasarkan jam 25 MHz memiliki 16 pin yang ditentukan. Kemudian, dengan penampilan mode tereduksi-mii (RMII), frekuensi jam digandakan menjadi 50 MHz, dan jumlah pin dikurangi menjadi 7. Karena throughput data MII dan RMII tidak cocok untuk Gigabit Ethernet, kami menang’t masuk ke detail dalam artikel ini untuk dua jenis perangkat ini, kecuali untuk mendaftarkan pin pada Gambar 14 di bawah ini.

Gigabit-mii (GMII) mendukung kecepatan maksimum 1 Gbps menggunakan laju jam 125 MHz, menggunakan 25 pin, dan sepenuhnya kompatibel dengan spesifikasi MII. Deskripsi sinyal diberikan pada Tabel 2 di bawah ini.

Meja 2. Daftar Sinyal GMII

Nama Sinyal	Deskripsi sinyal	Sinyal Directi on
TXD [7..0]	Data untuk ditransmisikan	Mac ke Phy	Pemancar
Gtxclk	Sinyal jam untuk 1 Gbps (125 MHz)	Mac ke Phy
Txclk	Sinyal jam untuk 10/100 Mbps (2.5/25 MHz)	Mac ke Phy
Txen	Pemancar mengaktifkan	Mac ke Phy
Txer	Kesalahan pemancar (untuk secara sengaja merusak paket, jika perlu)	Mac ke Phy
RXD [7..0]	Menerima data	Phy ke mac	Penerima
Rxclk	Sinyal jam yang diterima (dipulihkan dari data yang diterima)	Phy ke mac
Rxdv	Data Sinyal Valid	Phy ke mac
Rxer	Menerima kesalahan	Phy ke mac
Col	Deteksi tabrakan hanya untuk mode setengah dupleks	Phy ke mac
CS (CRS)	Indera operator hanya untuk mode setengah dupleks	Phy ke mac

GMII tereduksi (RGMII) hampir merupakan gigabit phy yang paling populer ke antarmuka MAC karena mengurangi jumlah sinyal setengah dibandingkan dengan GMII dan mirip dengan MII/RMII. Untuk komunikasi gigabit, data clock pada kedua tepi jatuh dan naik dari jam 125 MHz, yang menghasilkan dua bagian dari jumlah sinyal data. Jika kompatibilitas ke belakang dengan komunikasi 10/100 Mbps diperlukan, maka hanya tepi naik yang digunakan untuk clocking data. Selain pengurangan sinyal data, model rgmii-multiplexes sinyal TXEN dengan sinyal TXER di TXCTL, dan RXDV dengan sinyal RXER dalam RXCTL sambil menghilangkan sinyal COL dan CRS. Total 12 pin sinyal digunakan untuk RGMII, dan deskripsi sinyal diberikan pada Tabel 3 di bawah ini.

Tabel 3. Daftar Sinyal RGMII

Nama Sinyal	Deskripsi sinyal	Arah sinyal
TXD [3..0]	Data untuk ditransmisikan	Mac ke Phy	Pemancar
Txc	Kirim jam 2.5 MHz untuk 10 Mbps 25 MHz untuk 100 Mbps 125 MHz untuk 1 Gbps (tepi ganda)	Mac ke Phy
Txctl	Multiplexing txen dan txer Pada edge jam naik: txen On Falling Clock Edge: (TXEN XOR TXER)	Mac ke Phy
RXD [3..0]	Menerima data	Phy ke mac	Penerima
Rxc	Menerima jam 2.5 MHz untuk 10 Mbps 25 MHz untuk 100 Mbps 125 MHz untuk 1 Gbps (tepi ganda)	Phy ke mac
Rxctl	Multiplexing rxdv dan rxer On Rising Clock Edge: RXDV On Falling Clock Edge: (RXDV XOR RXER)	Phy ke mac

Sinyal TXC dipasok oleh Mac, dan phy memasok sinyal RXC. Keduanya adalah sinyal jam yang disinkronkan oleh sumber, dan mereka menggunakan tepi jam yang jatuh dan naik, yang membuat waktu lebih kritis. Standar RGMII membutuhkan penambahan penundaan jam antara 1.5 ns dan 2 ns untuk sinyal TXC dan RXC untuk memastikan sinyal data yang valid diproses selama tepi yang jatuh dan naik. Untungnya, sebagian besar perangkat PHY dan MAC mendukung RGMII-ID (penundaan rgmii-internal), dan tidak diperlukan tindakan lebih lanjut selain untuk mengaktifkan fitur ID ini dan menyesuaikan waktu tunda. Namun, perancang harus 100% yakin bahwa Mac dan PHY mendukung fitur penundaan internal ini. Jika tidak didukung oleh satu atau kedua perangkat, maka penundaan harus diterapkan sebagai bagian dari tata letak PCB dengan menggunakan serpentin yang dirancang dengan benar, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 15 di bawah ini.

Saat melihat Gambar 15, perhatian Anda mungkin tertuju pada satu titik aneh: TX sinyal di sisi Mac terhubung ke sinyal TX di sisi phy. Ini karena konvensi penamaan; Setiap pemancar dan penerima dinamai sehubungan dengan sisi MAC, yang berarti bahwa sinyal pada sisi PHY yang diberi label dengan TX dan RX masing -masing sesuai dengan penerima PHY dan pemancar PHY, masing -masing. Selalu periksa kembali konvensi penamaan sebelum merancang tata letak Ethernet.

Topologi bus paralel tunggal membutuhkan penghentian seri di sisi pengemudi agar sesuai dengan impedansi pengemudi output dan impedansi karakteristik garis, untuk mencegah refleksi dan masalah EMI. Sinyal XMII harus 50 ohm, ending tunggal, dan sinyal TX harus panjang yang cocok dengan TXC (TXCLK). Demikian pula, sinyal RX harus panjang yang cocok dengan RXC (RXCLK). Desainer harus memeriksa lembar data phy dan mac untuk keberadaan resistor terminasi internal, dan jika tidak ada, mereka harus ditempatkan di papan. Nilai resistor akan menjadi perbedaan antara z0 = 50 ohm dan impedansi output driver garis. Secara umum, nilai antara 20 ohm dan 40 ohm akan bekerja, tetapi beberapa coba -coba mungkin diperlukan untuk mendapatkan kinerja terbaik.

Serial GMII (SGMII) adalah konsep yang sangat berbeda dibandingkan dengan mode lain yang mirip dengan serializer/deserializer (serdes), menggunakan satu pasangan TX, satu pasangan RX, dan satu pasangan jam referensi. Frekuensi jam adalah 625 MHz DDR, yang relatif tinggi. Data GMII paralel dikodekan, menggunakan format 8b/10b, menjadi pasangan TX dan RX. SGMII mengurangi jumlah pin dan meningkatkan kecepatan, tetapi kelemahannya adalah bahwa tata letak lebih rumit daripada untuk metode XMII. Selain itu, sebagian besar Mac gigabit terintegrasi yang tersedia di pasaran hanya memiliki dukungan untuk antarmuka XMII. Jika desain membutuhkan antarmuka Ethernet 1 G+, maka SGMII adalah satu -satunya pilihan untuk koneksi PHY ke Mac.

Sebagian besar serdes antarmuka berkecepatan tinggi membutuhkan kopling kapasitif untuk mencegah ketidakcocokan mode-mode penerima-transmitter. Disarankan untuk memiliki setidaknya placeholder untuk kapasitor seri 100 NF yang dekat dengan sisi TX dari pasangan SGMII, bersama dengan resistor terminasi paralel sesuai dengan impedansi pasangan diferensial (biasanya 100 ohm atau 150 ohm).

Selain antarmuka XMII yang disebutkan di atas’ Jumlah pin, dua sinyal harus ditambahkan untuk antarmuka manajemen MII (antarmuka MIIM atau MDIO/MDC). Antarmuka ini mirip dengan bus I2C dan digunakan oleh perangkat tingkat atas (seperti Mac) untuk memperoleh status PHY dan untuk memprogram register PHY untuk menyetel parameter run-time yang dapat diubah seperti pengaturan jam dan rutinitas fix-up. Sinyal MDC adalah jam 25 MHz yang dipasok oleh Mac, dan MDIO adalah sinyal data drain terbuka dua arah, sehingga MDIO perlu ditarik ke atas sesuai dengan jumlah perangkat PHY bersama (umumnya membutuhkan resistor antara 1.5 K ohm dan 10 kilohm). Selain mendefinisikan antarmuka manajemen serial (SMI) menggunakan pin yang sama, beberapa produsen juga secara internal menggunakan pin MDC/MDIO untuk menjembatani ke I2C atau SPI untuk kemudahan penggunaan, terutama di sakelar Ethernet.

Sakelar Ethernet

Perlu disebutkan bahwa Anda mungkin tidak perlu menambahkan beberapa perangkat Ethernet Phy dan Mac di papan sirkuit Anda kecuali ada persyaratan ketat untuk pemisahan fisik antarmuka. Sakelar multiport phy dan/atau mac adalah cara populer untuk meningkatkan jumlah antarmuka Ethernet menggunakan satu perangkat. Beberapa sakelar hanya memiliki antarmuka phy ke sakelar, dan beberapa lainnya menggabungkan antarmuka phy dan mac (xmii) bersama -sama. Ada banyak alternatif; Misalnya, KSZ9897S adalah opsi yang menggabungkan PHY 5-port, 1-port RGMII/GMII/MII, dan SGMII 1-port bersama-sama (lihat Gambar 18).

Jelaslah bahwa jika Anda tidak merancang sakelar Ethernet murni yang secara langsung merutekan semua antarmuka PHY ke konektor RJ-45, mungkin ada opsi untuk menghubungkan phy lain ke sakelar phy. Praktik terbaik adalah menggunakan transformator isolasi untuk semua antarmuka phy yang terletak di papan, mirip dengan operasi konektor RJ-45. Namun, metode ini mahal dan menggunakan banyak ruang papan. Ada opsi teoritis untuk koneksi phy ke phy di papan tulis, disebut backplane ethernet yang tidak memerlukan transformator. Sebaliknya, semua pasangan secara kapasitif digabungkan menggunakan kapasitor seri 100 NF. Meskipun tidak dijamin bekerja dalam jarak jauh, secara teori, ia bekerja dengan sangat baik dalam jarak yang relatif pendek. Jika Anda mencoba ini, jangan lupa untuk menambahkan resistor bias setelah kapasitor kopling AC jika, dan hanya jika, salah satu dari phy’S memiliki driver garis mode saat ini (lihat Gambar 19).

Pertimbangan tata letak untuk Ethernet

Setelah membaca ratusan halaman lembar data, Anda memiliki skema yang dirancang dengan sempurna yang memenuhi semua persyaratan dan saran yang disarankan produsen – namun, semua upaya itu dapat dengan mudah hancur atau memiliki kinerja yang terdegradasi karena kegagalan tata letak Ethernet yang mendasar. Untuk desain antarmuka Ethernet gigabit, ada sinyal diferensial yang dikendalikan impedansi dan satu-ujung untuk dipertimbangkan, serta beberapa batasan panjang dan batasan panjang maksimum. Sebagian besar waktu, persyaratan ini secara otomatis dipenuhi oleh penempatan komponen yang masuk akal kecuali perancang mencoba mengganti pendekatan ini. The problem is that if general Ethernet layout rules are not obeyed (such as not using solid reference planes for Ethernet impedance-controlled traces), it is a waste of effort to strictly match trace lengths or keep them below the maximum length limits. Oleh karena itu, kami akan menjelaskan secara singkat aturan tata letak berkecepatan tinggi generik sebelum persyaratan tata letak Ethernet gigabit tertentu dibahas untuk memberikan dasar untuk persyaratan yang lebih spesifik.

Sumber Daya listrik

Switching berkecepatan tinggi Digital ICS menuntut arus transien. Arus transien ini harus disuplai menggunakan kapasitor bypass/decoupling karena impedansi parasit dari jejak PCB, antara pin pasokan dan rel daya, akan memiliki komponen induktif (tergantung pada lebar jejak) yang menolak arus transien transien transien transien. Aturan utamanya adalah menempatkan kapasitor bypass sedekat mungkin dengan semua pin pasokan, dengan setidaknya satu kapasitor 10 NF dan 100 NF untuk setiap pin.

Untuk papan multi-lapisan, ada pesawat daya dan darat terpisah, dan vias pasti akan digunakan di jalur yang digunakan untuk memasok daya. Karena vias juga memiliki komponen induktif, tidak ada via yang harus digunakan antara kapasitor bypass dan pin pasokan terkait. Aturan ini diilustrasikan pada Gambar 20 di bawah ini.

Bidang referensi

Aturan dasar untuk semua elektronik adalah bahwa arus yang mengalir di sirkuit Ethernet selalu kembali ke sumbernya. Jadi, harus selalu ada jalur pengembalian untuk sinyal, dan jalur pengembalian ini akan membentuk antena loop dengan jalur sinyal keluar. Jika area loop tetap kecil, maka tidak ada masalah EMI/EMC yang akan dibuat, tetapi jika karena alasan apa pun area loop menjadi lebih besar, maka perancang dapat menemukan diri mereka dengan masalah EMI/EMC yang parah. Masalah EMI/EMC ini dapat sangat menurunkan kinerja perangkat Anda dengan cara yang tidak Anda harapkan, dan paling tidak mungkin menyebabkan Anda gagal pengujian EMC saat mencari sertifikasi yang diperlukan untuk secara legal memasarkan/menjual produk Anda.

Berdasarkan teori dan bukti eksperimental untuk sinyal berkecepatan tinggi, jalur pengembalian saat ini akan mengikuti jejak pada lapisan yang ada di bawahnya. Dengan kata lain, ini adalah pesawat referensi. Menjaga bidang referensi yang solid di bawah routing sinyal berkecepatan tinggi akan meminimalkan area loop dan mencegah diskontinuitas impedansi. Jika karena alasan apa pun, kekosongan pesawat dibuat di bawah jejak berkecepatan tinggi, kapasitor jahitan harus digunakan untuk membuat jalur pengembalian. Penggunaan kapasitor jahitan juga direkomendasikan jika bidang daya juga merupakan bidang referensi untuk sinyal berkecepatan tinggi yang menciptakan jalur pengembalian ke sumber saat ini. Aturan -aturan ini diilustrasikan pada Gambar 21 di bawah ini, menunjukkan praktik buruk di kiri dan praktik yang baik di sebelah kanan.

Menyimpulkan

Untuk peningkatan kinerja EMI/EMC dan untuk membuat perutean jejak yang dikendalikan impedansi lebih mudah, adalah ide yang baik untuk memiliki setidaknya empat lapisan (e.G., Top – Ground – Power/Ground – Bawah). Ini tidak berarti bahwa tidak mungkin menggunakan PCB dua lapis untuk antarmuka Ethernet Gigabit. Jika bidang referensi yang solid disediakan untuk sinyal kritis, jejak penjaga dialihkan untuk sinyal MDI, dan akhirnya, jika tidak ada persyaratan untuk kepatuhan EMI/EMC, maka kemungkinan besar akan bekerja di bangku laboratorium. Papan dua lapis seharusnya benar-benar hanya digunakan untuk eksperimen dan pembuatan prototipe, karena papan empat lapis hanya sedikit lebih mahal daripada dua lapis di sebagian besar produsen hari ini-manfaat dari papan 4+ layer sepadan dengan biaya tambahan kecil kecil kecil.

Lacak sifat dan geometri

Setiap jejak pada PCB akan memiliki impedansi karakteristik, dihitung sehubungan dengan bidang rujukannya. Perancang Altium memiliki alat perhitungan impedansi bawaan; Namun, untuk sinyal berkecepatan tinggi, ada banyak alat lain untuk membantu mensimulasikan kinerja dan memverifikasi perhitungan. Ada banyak formula matematika serta alat perhitungan yang tersedia, seperti “Alat PCB Saturnus (gratis)” dan alat berlisensi yang ditawarkan oleh instrumen kutub yang dapat melakukan perhitungan ini.

Lebar jejak yang diperlukan dan jarak dielektrik dapat dengan mudah dihitung untuk impedansi yang diperlukan sesuai dengan tumpukan PCB. Secara umum, menggunakan tikungan 45 ° lebih disukai daripada menggunakan tikungan 90 °. Pada saat yang sama, jejak, serpentin, dan pasangan lebih baik jika mereka dipisahkan sebanyak mungkin untuk mencegah crosstalk dan untuk meningkatkan kekebalan glitch mereka. Juga, penggunaan stub harus dihindari. Akhirnya, untuk mencegah crosstalk antara lapisan yang berdekatan, setiap routing sinyal paralel di sepanjang lapisan harus dihindari kecuali ada bidang padat di antara mereka. Aturan -aturan ini diilustrasikan pada Gambar 22 di bawah ini, menunjukkan praktik buruk di kiri dan praktik yang baik di sebelah kanan.

Jalur transmisi

Kita tahu bahwa tambalan microstrip dan antena slot dirancang untuk membuat medan elektromagnetik untuk transmisi dan penerimaan dengan sengaja. PCB yang dirancang dengan buruk mungkin juga secara tidak sengaja memiliki banyak antena yang tidak disengaja yang memancar pada frekuensi yang berbeda. Jika jejaknya adalah saluran transmisi, maka refleksi mungkin merupakan masalah yang sangat besar. Saat meletakkan jejak, perancang harus secara kasar memperkirakan jika panjang jejak dapat bertindak sebagai antena dan mengubah sinyal yang dilakukan menjadi sinyal yang dipancarkan dan jika resistor terminasi diperlukan untuk mencegah refleksi apa pun. Contoh -contoh berikut, berdasarkan beberapa aturan praktis, akan menjelaskan masalah ini.

Pertama, pikirkan tentang masalah antena. Tingkat radiasi tertinggi diperoleh jika panjang jejak antena adalah λ/4, λ/2, atau λ. Namun, jika panjangnya lebih pendek dari sekitar λ/20 dari frekuensi pembawa, maka tidak ada efek antena yang diharapkan untuk diamati. Sebagai aturan praktis, kami menggunakan angka λ/40 untuk panjang maksimum berada di sisi yang aman.

Masalah kedua berasal dari waktu kenaikan sinyal, karena secara langsung terkait dengan bandwidth. Semakin tajam tepi, semakin tinggi bandwidth. Untuk konfigurasi microstrip pada papan FR4, sinyal bergerak dengan kecepatan 6.146 ps/mm. Memikirkan sinyal yang memiliki waktu naik 340 ps, ​​jejak mungkin tidak diakhiri jika lebih pendek dari (1/10)*(340/6.146) = 5.53mm. Selalu lebih baik untuk memiliki resistor terminasi, tetapi jejak yang lebih pendek berarti seharusnya tidak ada masalah dengan refleksi dan gelombang berdiri.

Karena prinsip-prinsip di balik desain tata letak sirkuit Ethernet berkecepatan tinggi adalah topik besar, hampir tidak mungkin untuk menyentuh semua aspek dalam artikel singkat ini. Sama seperti aturan-aturan generik yang disebutkan secara singkat, tabel berikut memberikan beberapa pembatasan dan persyaratan tata letak Ethernet gigabit khas.

Tabel 4. Persyaratan tata letak Ethernet Gigabit

Antarmuka	Parameter	Persyaratan
Mdi	Lacak impedansi	100 Ω diferensial (95 Ω ± 15%)
Mdi	Persyaratan Pengakhiran	Penghentian paralel (100 Ω atau split 2 x 49.9 Ω)
Mdi	Max. Skew intra-pasangan
Mdi	Max. Skew antar-pasangan
Mdi	Max. Lacak panjang antara phy dan magnet
Mdi	Min. Jarak pasangan-ke-pasangan	> 450 um
Mdi	Max. Diizinkan melalui	2 vias untuk semua jejak MDI
xmii	Lacak impedansi	50 Ω single (50 Ω ± 15%)
xmii	Persyaratan Pengakhiran	Penghentian seri (20 Ω hingga 40 Ω sesuai dengan impedansi output driver)
xmii	Max. Beban drive	35 PF – Output antarmuka ini tidak dirancang untuk menggerakkan banyak beban, konektor, atau kabel. Lebih baik jika digunakan di atas kapal.
xmii	Maks yang direkomendasikan. Panjang jejak	50 mm
xmii	Max. Panjang jejak	150 mm – hanya jika semua jejak ditempatkan pada lapisan dalam (tidak disarankan)
xmii	Toleransi pencocokan panjang	Sinyal 10 mm – TX dengan TXC (TXCLK) dan sinyal RX dengan RXC (RXCLK)

Selain pembatasan yang ditentukan ini, tata letak magnet diskrit juga membutuhkan perawatan khusus. Pesawat tanah yang terpisah harus dibuat untuk memberikan peningkatan ESD dan EMI/EMC, dan itu harus dipisahkan secara ketat dari semua pesawat lain dengan setidaknya 2 mm (lihat Gambar 23).

Kesimpulan

Tujuan dari artikel ini adalah untuk memandu setiap perancang yang ingin menambahkan antarmuka pinout Ethernet Gigabit ke papan sirkuit mereka, dan kami telah mencoba untuk mencakup semua aspek teoretis utama. Blog Perancang Altium memiliki banyak artikel yang menyelam lebih mendalam pada perutean kecepatan tinggi, pencocokan Ethernet, dan topik lain yang terkait dengan keberhasilan perutean Gigabit Ethernet dan sinyal sirkuit berkecepatan tinggi lainnya. Panduan ini harus memberi Anda fondasi yang baik tentang bagaimana teknik perutean berkecepatan tinggi berlaku untuk pinout Ethernet Gigabit secara khusus.

Ketika saya’ve mencoba memberikan panduan yang baik untuk dasar -dasar routing gigabit ethernet yang sukses, itu’S selalu ide yang baik untuk mengikuti tata letak dan pedoman yang disarankan dalam lembar data ICS yang Anda kerjakan. Sebagai tindak lanjut dari artikel ini, kami’ll akan melihat pengaturan aturan desain khusus untuk gigabit ethernet. Memiliki aturan desain yang tepat dapat membuat perbedaan antara perutean yang menyakitkan dan pengalaman prototipe/pengujian yang membuat frustrasi dan perancang Altium yang memaksa desain Anda menjadi sukses.

Bekerja dengan Gigabit Ethernet dapat menantang pertama kali Anda, namun tidak lebih dari antarmuka sirkuit berkecepatan tinggi lainnya. Persyaratan implementasi Gigabit Ethernet mungkin yang paling memaafkan ketika datang ke antarmuka berkecepatan tinggi. Dengan menggunakan tata letak yang baik dan praktik perutean, serta penghentian yang benar dan pilihan komponen lainnya dalam skema Anda desain Anda kemungkinan besar akan sangat sukses. Menggunakan 4 atau lebih lapisan di papan sirkuit Ethernet Anda akan sangat memudahkan perutean desain Anda, meningkatkan peluang keberhasilan Anda. Ini juga dapat membantu memastikan Anda dapat mengikuti berbagai skema pentanahan di Gigabit Ethernet.

Apakah Anda ingin mengetahui lebih lanjut tentang bagaimana Altium dapat membantu Anda dengan desain PCB Anda berikutnya? Lebih banyak pertanyaan tentang impedansi diferensial Ethernet? Bicaralah dengan seorang ahli di Altium.

Sakelar Ethernet Gigabit dengan Catu Daya UE – 4 -port

Sakelar Ethernet gigabit portabel yang kompak ini memungkinkan ekspansi jaringan yang mudah dan dapat didukung dari port USB.

• Bangun jaringan kecil atau tambahkan port ke jaringan yang ada.
• Juga dapat didukung melalui port USB PC sehingga tidak perlu menemukan outlet cadangan
• Empat Autosensing Port 10-/100-/1000-Mbps
• Autonegotiating setengah/penuh dupleks
• Fungsi Auto-MDI/MDI-X di semua port, jadi tidak perlu kabel silang
• Metode switching non-blocking, penyimpanan-dan-maju
• Indikator LED yang mudah dilihat.
• Operasi plug-and-play yang mudah.
• Garansi: 1 tahun garansi Diamond ™ (standar)

Kotak Hitam LGB304A adalah sakelar Ethernet gigabit kompak dengan empat port 10/100/1000 Mbps RJ45. Aplikasi tipikal termasuk konektivitas LAN untuk kelompok kerja kecil.

Sakelar sangat ideal untuk tim seluler seperti auditor yang membutuhkan sakelar kecil dan portabel untuk memperluas jumlah port. Sakelar dapat ditenagai dari port USB atau dari adaptor daya yang disertakan. Sakelar memberikan laju garis, throughput non blocking. Port adalah dupleks setengah/penuh autonegotiating dan termasuk indikator LED untuk melihat status port. Sakelar yang tidak dikelola ini adalah plug and play dan tidak memerlukan konfigurasi apa pun.

Laju penyaringan dan penerusan –
10 Mbps: 14.880 pps;
100 Mbps: 148.800 pps;
1000 Mbps: 1.488.000 pps
Alamat MAC – 1k
Standar – IEEE 802.3 10base-t, IEEE 802.3u 100base-tx, IEEE802.3AB 1000Base-t, IEEE802.Kontrol aliran 3x
Metode switching—Simpan dan teruskan
Konektor – (4) RJ-45, (1) Kekuatan
Indikator –
LED: per unit: (1) daya;
Per port: (1) tautan/tindakan, (1) 1000m
Kekuatan – Dari port USB komputer melalui kabel daya (termasuk) atau 100-240 VAC, catu daya eksternal 50-60 Hz (termasuk);
Output: 5 VDC, 1.2 amp, 6 watt maks.
Ukuran – 2H x 6.2W x 7.9d cm (0.8 “H x 2.4 “W x 3.1 “D)
Berat – 0.2 kg (0.4 lb.)