Χρειάζομαι επιπλέον καλώδια Ethernet όταν χρησιμοποιώ το διακόπτη Gigabit Ethernet

Περίληψη:

Ένας διακόπτης Gigabit Ethernet είναι μια συσκευή δικτύωσης που επιτρέπει σε πολλαπλές συσκευές να συνδεθούν μαζί για να σχηματίσουν ένα τοπικό δίκτυο (LAN). Όταν χρησιμοποιείτε ένα διακόπτη Gigabit Ethernet, ίσως αναρωτιέστε αν πρέπει να έχετε επιπλέον καλώδια Ethernet. Η απάντηση εξαρτάται από τη συγκεκριμένη ρύθμιση και τις απαιτήσεις σας.

Βασικά σημεία:

1. Ελέγξτε τη σελίδα προϊόντος του επιλεγμένου PHY: Πριν καθορίσετε εάν χρειάζεστε επιπλέον καλώδια Ethernet, είναι σημαντικό να ελέγξετε τη σελίδα του προϊόντος του επιλεγμένου PHY (φυσικό στρώμα) στο σχέδιό σας. Για παράδειγμα, το KSZ9131 PHY έχει δύο επιλογές, KSZ9131MNX και KSZ9131RNX, με διαφορετικές διεπαφές.

2. Συμβατότητα διεπαφής: Εάν το επιλεγμένο MAC (έλεγχος πρόσβασης πολυμέσων) υποστηρίζει μόνο τη διεπαφή RGMII (μειωμένη διεπαφή ανεξάρτητου μέσου Gigabit Media), τότε το KSZ9131MNX δεν θα ήταν συμβατό. Είναι απαραίτητο να επιλέξετε το σωστό PHY που ταιριάζει με τη διεπαφή Mac σας.

3. Πλευρά MDI: Η πλευρά της διεπαφής MDI (εξαρτώμενη από μέσα ενημέρωσης), αναφερόμενη στη σύνδεση μεταξύ του PHY και του καλωδίου, θα πρέπει επίσης να λαμβάνεται υπόψη κατά την επιλογή του σωστού PHY. Πρέπει να επιλέξετε μεταξύ διεπαφών καλωδίων ινών και χαλκού με βάση τις απαιτήσεις σας.

4. Αυτόματη λειτουργία MDI-X: Οι περισσότεροι σύγχρονοι δρομολογητές, κόμβοι και διακόπτες υποστηρίζουν τη λειτουργία Auto MDI-X, η οποία μεταβαίνει αυτόματα στη σωστή διαμόρφωση μόλις συνδεθεί ένα καλώδιο. Αυτό εξαλείφει την ανάγκη για καλώδια crossover για επικοινωνία 1000Base-T.

5. Κατηγορίες καλωδίων: Για τις συνδέσεις Gigabit Ethernet, χρησιμοποιούνται συνήθως τα καλώδια CAT5E και CAT6. Αυτά τα καλώδια μπορούν να υποστηρίξουν τα υψηλά ποσοστά δεδομένων που απαιτούνται για τη μετάδοση Gigabit Ethernet.

6. Ευθεία καλώδια: Σε ένα τσίμπημα, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα ευθεία καλώδιο μεταξύ των συστημάτων πελάτη και διακομιστών. Όλες οι συσκευές 1GIG και 10GIG θα ρυθμιστούν αυτόματα στις σωστές συνδέσεις χρησιμοποιώντας καλώδια CAT5E και CAT6.

Ερωτήσεις:

1. Τι είναι ένας διακόπτης Gigabit Ethernet?

Ένας διακόπτης Gigabit Ethernet είναι μια συσκευή δικτύωσης που επιτρέπει σε πολλαπλές συσκευές να συνδεθούν μαζί για να σχηματίσουν ένα LAN.

2. Πώς μπορώ να ξέρω αν χρειάζομαι επιπλέον καλώδια Ethernet όταν χρησιμοποιώ ένα διακόπτη Gigabit Ethernet?

Η ανάγκη για επιπλέον καλώδια Ethernet εξαρτάται από τη συγκεκριμένη ρύθμιση και τις απαιτήσεις σας. Είναι σημαντικό να ελέγξετε τη σελίδα προϊόντος του επιλεγμένου PHY και να εξετάσετε τη συμβατότητα διεπαφής και την πλευρά MDI.

3. Ποια είναι η διαφορά μεταξύ των KSZ9131MNX και KSZ9131RNX?

Τα KSZ9131MNX και KSZ9131RNX είναι επιλογές του KSZ9131 PHY, το καθένα με διαφορετικές διεπαφές. Ο πρώτος υποστηρίζει το GMII/MII, ενώ ο τελευταίος υποστηρίζει μόνο RGMII.

4. Μπορώ να χρησιμοποιήσω το KSZ9131MNX εάν το επιλεγμένο Mac μου έχει μόνο τη διεπαφή RGMII?

Όχι, εάν το επιλεγμένο MAC υποστηρίζει μόνο τη διεπαφή RGMII, το KSZ9131MNX δεν θα ήταν η σωστή επιλογή. Πρέπει να επιλέξετε το σωστό PHY που ταιριάζει με τη διεπαφή Mac σας.

5. Χρειάζομαι καλώδια crossover για επικοινωνία 1000Base-T?

Όχι, οι περισσότεροι σύγχρονοι δρομολογητές, κόμβοι και διακόπτες υποστηρίζουν τη λειτουργία Auto MDI-X, η οποία εξαλείφει την ανάγκη για καλώδια crossover για επικοινωνία 1000Base-T.

6. Ποιες κατηγορίες καλωδίων χρησιμοποιούνται συνήθως για συνδέσεις Gigabit Ethernet?

Για τις συνδέσεις Gigabit Ethernet, χρησιμοποιούνται συνήθως τα καλώδια CAT5E και CAT6, καθώς μπορούν να υποστηρίξουν τους υψηλούς ρυθμούς δεδομένων που απαιτούνται για τη μετάδοση Gigabit Ethernet.

7. Τι μπορώ να χρησιμοποιήσω σε ένα τσίμπημα αν δεν έχω επιπλέον καλώδια Ethernet?

Εάν δεν έχετε επιπλέον καλώδια Ethernet, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα ευθεία καλώδιο μεταξύ των συστημάτων πελάτη και διακομιστών. Όλες οι συσκευές 1GIG και 10GIG θα ρυθμιστούν αυτόματα στις σωστές συνδέσεις χρησιμοποιώντας καλώδια CAT5E και CAT6.

8. Ποια είναι η λειτουργία Auto MDI-X?

Η λειτουργία Auto MDI-X υποστηρίζεται από τους περισσότερους σύγχρονους δρομολογητές, τους κόμβους και τους διακόπτες. Επιτρέπει στις συσκευές να μεταβαίνουν αυτόματα στη σωστή διαμόρφωση μόλις συνδεθεί ένα καλώδιο, εξαλείφοντας την ανάγκη για καλώδια crossover για επικοινωνία 1000Base-T.

9. Μπορώ να χρησιμοποιήσω καλώδια ινών αντί για καλώδια χαλκού για gigabit ethernet?

Ναι, μπορείτε να επιλέξετε μεταξύ διεπαφών καλωδίων ινών και χαλκού με βάση τις απαιτήσεις σας. Τα καλώδια οπτικών ινών μπορούν να επιτύχουν ένα εύρος ζώνης επικοινωνίας περισσότερο από 10 GBIT/S.

10. Ποια είναι τα θεωρητικά μέγιστα στοιχεία για το εύρος ζώνης στο Gigabit Ethernet?

Το Gigabit Ethernet μπορεί να επιτύχει ταχύτητες 1000 Mbps (1 Gbps). Ωστόσο, η πρακτική απόδοση μπορεί να περιορίζεται από παράγοντες όπως η ταχύτητα του ελεγκτή ή/και του επεξεργαστή, καθώς και οι εκτιμήσεις δρομολόγησης PCB.

11. Πρέπει να εξετάσω τη διάταξη PCB και τις εκτιμήσεις δρομολόγησης για το Gigabit Ethernet?

Ναι, η διάταξη PCB και οι εκτιμήσεις δρομολόγησης είναι σημαντικές για την υλοποίηση του Gigabit Ethernet. Παράγοντες όπως η παρεμβολή, η αναντιστοιχία αντίστασης και το μέγιστο μήκος ιχνοστοιχείων θα πρέπει να ληφθούν υπόψη για να εξασφαλιστεί αξιόπιστη απόδοση.

12. Υπάρχουν διαθέσιμοι πόροι για την εφαρμογή του Gigabit Ethernet?

Μπορείτε να ανατρέξετε σε αυτό το άρθρο ως πόρο για την εφαρμογή του Gigabit Ethernet. Επιπλέον, υπάρχουν παραδείγματα σχήματα που διατίθενται στο GitHub για την εφαρμογή του μικροτσίπ KSZ9131RNX Gigabit Ethernet Transceiver PHY.

13. Τι είναι ένα PHY στο πλαίσιο του Gigabit Ethernet?

Το PHY σημαίνει φυσικό στρώμα και αναφέρεται στη φυσική διεπαφή μεταξύ του πομποδέκτη Ethernet και του καλωδίου. Είναι υπεύθυνη για τη μετάδοση και τη λήψη σήματος δεδομένων.

14. Ποιες είναι μερικές προκλήσεις στην εφαρμογή του Gigabit Ethernet?

Ορισμένες προκλήσεις στην εφαρμογή του Gigabit Ethernet περιλαμβάνουν τον έλεγχο της σύνθετης αντίστασης, τις εκτιμήσεις δρομολόγησης PCB και την εξασφάλιση της συμβατότητας μεταξύ των διεπαφών PHY και MAC.

15. Ποια είναι τα πλεονεκτήματα της χρήσης ενός διακόπτη Gigabit Ethernet?

Ένας διακόπτης Gigabit Ethernet επιτρέπει τη μεταφορά δεδομένων υψηλής ταχύτητας μεταξύ πολλαπλών συσκευών σε ένα δίκτυο. Μπορεί να βελτιώσει την απόδοση του δικτύου, να μειώσει τη συμφόρηση του δικτύου και να παρέχει καλύτερη κατανομή εύρους ζώνης.

Χρειάζομαι επιπλέον καλώδια Ethernet όταν χρησιμοποιώ το διακόπτη Gigabit Ethernet

Για να επιδείξετε αυτό το σημείο, θα πρέπει να ελέγξετε τη σελίδα προϊόντος του επιλεγμένου PHY στο παράδειγμα σχεδιασμού, το οποίο είναι το KSZ9131. Υπάρχουν δύο διαθέσιμες επιλογές, το KSZ9131MNX και το KSZ9131RNX. Ενώ η προηγούμενη επιλογή υποστηρίζει το GMII/MII, το τελευταίο υποστηρίζει μόνο RGMII. Εάν το επιλεγμένο MAC έχει μόνο τη διεπαφή RGMII, τότε το KSZ9131MNX θα ήταν λάθος επιλογή. Δεν χρειάζεται να αναφέρουμε την πλευρά MDI, καθώς αυτό είναι σχετικά πιο ξεκάθαρο όταν πρόκειται να επιλέξετε το σωστό PHY, με την επιλογή μεταξύ διεπαφών καλωδίων και χαλκού.

Ο διακόπτης Gigabit Ethernet χρειάζεται

Э э э э э э э э э э э э э э э э э э э э э э э э э э э э э э э э э э

Ы з з з з з з з и и и и п п п п п п з п з з з з з з з з з п. С п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п. ПOчем э э э э э э э э э э э п п п п п п п?

Э э э э э а а а а и е е з з л л л л л л л э э э э э э э э э э э э Κοιτάζοντας το ριμπάγ. С с п п п п п э э э э э э э э э э э э э э э э э э э э э э э э э э э э. Д э э э э д д д и и д д д ρίας н и д д д д д д д д д д д д д д д д д д д д д д д д д д д д д д д д д д д.

И и з а а а а а а а а ы ы з .. Е е е е д п п ж ж ж ж ж ж ж ж ж ж ж ж ж ж ж ж ж ж п п п п п п п п п п п п п п п п п. Орrρά. Пороннαι.

ПON п п е е а а τροφή пρέφ а а а а а τροφήλου. е е е и τροφή ее же жÉ в в ж и и и и ч ч.

Χρειάζομαι επιπλέον καλώδια Ethernet όταν χρησιμοποιώ το διακόπτη Gigabit Ethernet

Έχω ένα Netgear Ethernet Switch GS105, αλλά Don Don’δεν πιστεύω ότι μπορώ να το συνδέσω σωστά ακόμα.

Φαίνεται ότι θα χρειαστώ δύο επιπλέον καλώδια Ethernet, ένα από το δρομολογητή μου στον διακόπτη και στη συνέχεια ένα άλλο από το διακόπτη Gigabit στον υπολογιστή διακομιστή ή Mac,

Δεν είμαι σίγουρος ποια κατηγορία καλωδίων θα έπρεπε να έχω για αυτό ή αν πρέπει να είναι ένα ειδικό καλώδιο.

Э э х р р р р в э э э э э э э э э э э э э?

Прогосовали Ώσχ

1 kοмеερι ριζής р

“Νεότεροι δρομολογητές, κόμβοι και διακόπτες (συμπεριλαμβανομένων περίπου 10/100, και όλα τα 1 gigabit ή 10 gigabit συσκευές στην πράξη) Χρησιμοποιήστε αυτόματο MDI-X για συνδέσεις 10/100 Mbit για να μεταβείτε αυτόματα στη σωστή διαμόρφωση μόλις συνδεθεί ένα καλώδιο.«

“Gigabit και ταχύτεροι σύνδεσμοι Ethernet πάνω από το Twisted Cable Cable Χρησιμοποιήστε και τα τέσσερα ζεύγη καλωδίων για ταυτόχρονη μετάδοση και προς τις δύο κατευθύνσεις. Για το λόγο αυτό, δεν υπάρχουν ειδικά ζεύγη μετάδοσης και λήψης, και κατά συνέπεια, τα καλώδια crossover δεν απαιτούνται ποτέ για την επικοινωνία 1000Base-T “

Εάν πρέπει να πάρετε τα πράγματα σε ένα τσίμπημα, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα ευθεία καλώδιο μεταξύ του πελάτη και των συστημάτων διακομιστών! Όλες οι συσκευές 1GIG & 10GIG θα ρυθμιστούν αυτόματα στις σωστές συνδέσεις χρησιμοποιώντας CAT5E & 6 καλώδια.

Gigabit Ethernet 101: Βασικά στοιχεία για εφαρμογή

Κατά τη διάρκεια της φάσης σχεδιασμού σε επίπεδο συστήματος οποιουδήποτε σημαντικού έργου υλικού, τουλάχιστον ένας σύνδεσμος επικοινωνίας Ethernet περιλαμβάνεται συχνά ως τυποποιημένη επιλογή και αυτή η διεπαφή Ethernet στην πλακέτα κυκλώματος πρόκειται να συζητήσουμε σε βάθος. Στην κοινότητά μου Altium, το ερώτημα πώς να εφαρμόσει το Ethernet εμφανίζεται κάθε λίγους μήνες. Συχνά συναντάται με μερικές γενικές απαντήσεις ως προς την αντίσταση, αλλά χωρίς κανείς να έχει φανταστικό πόρο που μπορεί να συνδεθεί με το οποίο καλύπτει τα πάντα από το έδαφος. Αυτός ο οδηγός είναι αυτό που ψάχνετε αν εσείς’Re είναι έτοιμος να προσθέσετε Ethernet, ειδικά το Gigabit Ethernet, στον σχεδιασμό ηλεκτρονικού σας κυκλώματος και πρέπει να φτάσετε στην ταχύτητα στο Ethernet.

Πριν βυθίσουμε, αυτό δεν είναι’t άρθρο του έργου – κερδίσαμε’να οικοδομήσουμε μια πλήρη λύση σε αυτό το έργο. Ωστόσο, γνωρίζω ότι ο καθένας αγαπά να πάρει ένα σχηματικό για να κοιτάξει αντί να διαβάζει σελίδες τεχνικών πληροφοριών, γι ‘αυτό έχω προσθέσει ένα παράδειγμα σχήματος στο GitHub με μια εφαρμογή του μικροτσίπ KSZ9131RNX Gigabit Ethernet Transceiver Phy. Εμείς’Θα μπει σε αυτό που ένα PHY είναι αργότερα, ωστόσο, ξέρω ότι μπορεί να διευκολύνει τους αναγνώστες να καταλάβουν αν έχουν ένα σχηματικό να κοιτάξουν και να εφαρμόσουν το άρθρο σε. Υπάρχουν στιγμιότυπα οθόνης αυτών των σχημάτων σε αυτό το άρθρο. Ωστόσο, είναι πολύ πιο εύκολο να προβάλετε στο Altium Designer® από ό, τι ως εικόνες στο blog.

Το πρωτόκολλο Ethernet τυποποιήθηκε στη δεκαετία του 1980 και εξελίχθηκε γρήγορα από ταχύτητες 10 m έως 10 g+ bit/s. Με σήμερα’Η τεχνολογία S, το Fast Ethernet (100Base-TX) και το Gigabit Ethernet (1000Base-T) είναι και τα δύο αρκετά πρότυπα εάν χρησιμοποιείται σύρμα κυκλώματος χαλκού (στριμμένο ζεύγος) ως φυσικό μέσο μετάδοσης. Από την άλλη πλευρά, εάν προτιμηθούν τα καλώδια οπτικών ινών, τότε μπορεί να επιτευχθεί ένα εύρος ζώνης επικοινωνίας άνω των 10 gbit/s. Πρέπει να σημειωθεί ότι αυτά τα ποσοστά μετάδοσης είναι θεωρητικά μέγιστα στοιχεία. Θα υπάρχουν πάντοτε συμφόρηση που περιορίζουν την πρακτική απόδοση, όπως η ταχύτητα του ελεγκτή ή/και του επεξεργαστή, καθώς και από τις δυσμενείς επιπτώσεις που προκαλούνται από την ασαφή δρομολόγηση PCB (συμπεριλαμβανομένης της παρεμβολής, της αναντιστοιχίας σύνθετης αντίστασης, του μέγιστου μήκους ιχνοστοιχείων). Εμείς’Θα μπείτε στη διάταξη PCB και τις εκτιμήσεις δρομολόγησης προς το τέλος του άρθρου, μόλις καταλάβουμε πώς λειτουργεί το Gigabit Ethernet και τα απαιτούμενα στοιχεία του κυκλώματος.

Μπορεί να έχετε ήδη κάποια ιδέα σχετικά με την εφαρμογή του Gigabit Ethernet, ίσως έχετε πετύχει ακόμη και να εφαρμόσετε ένα περιβάλλον εργασίας Gigabit Ethernet, ή αυτή μπορεί να είναι η πρώτη φορά που έχετε βυθιστεί σε σχεδιασμό ψηφιακής διεπαφής υψηλής ταχύτητας. Αυτό το άρθρο προορίζεται ως οδηγός για τους σχεδιαστές, από τα θεωρητικά βασικά στοιχεία μέχρι τις πρακτικές πτυχές του σχηματικού σχεδιασμού και της διάταξης. Ακόμη και αν είστε ειδικός σε ψηφιακές διεπαφές, αυτό το άρθρο μπορεί να είναι χρήσιμο ως λίστα ελέγχου ή υπενθύμιση της θεωρίας. Θα πρέπει να γνωρίζετε ότι για να βοηθήσετε την αναγνωσιμότητα αυτού του άρθρου, ορισμένα μπλοκ ή εξαρτήματα δεν θα περιγραφούν σε ορισμένα τμήματα, αλλά αυτά τα κενά θα συμπληρωθούν σε μερικές από τις ακόλουθες ενότητες.

Βασικά στοιχεία Gigabit Ethernet

Πριν πηδήξετε κατευθείαν στο σχεδιασμό υλικού, μπορεί να είναι χρήσιμο να έχετε μια σύντομη εικόνα για το τι είδους δεδομένα ταξιδεύουν από τον πραγματικό κόσμο στον ελεγκτή από την οπτική γωνία του δικτύου. Ένα γενικό μοντέλο OSI 7 επιπέδων χρησιμοποιείται παγκοσμίως για τον προσδιορισμό της δομής πλαισίου όλων των πρωτοκόλλων επικοινωνίας και του Ethernet, όπως ορίζεται από το IEEEE802.3 πρότυπο, συνδυάζει μερικά από τα στρώματα μοντέλου OSI σε μόλις τέσσερα στρώματα, όπως φαίνεται στο σχήμα 1.

Οι σχεδιαστές υλικού’ οι περιοχές ενδιαφέροντος είναι το “Φυσική στρώση” (Ethernet PHY) και “Στρώμα συνδέσμου δεδομένων,” Ενώ τα άλλα στρώματα είναι κυρίως ενδιαφέρον για τους προγραμματιστές υλικολογισμικού, τις βιβλιοθήκες στοίβας δικτύου και τους προγραμματιστές εφαρμογών, καθώς και εμπειρογνώμονες στον κυβερνοχώρο. Εξ ορισμού, τα δεδομένα Ethernet που μεταφέρονται σε αντίσταση καλωδίου Ethernet Circuit Circuit Circuit Twisted Pair είναι μέρος του φυσικού στρώματος μέχρι να φτάσει σε μια συσκευή. Στο επίπεδο σύνδεσης δεδομένων, τα δεδομένα αποσυντίθενται σε μορφή που μπορεί να γίνει κατανοητή από μια στοίβα δικτύου ενσωματωμένη στον ελεγκτή. Με απλά λόγια, το φυσικό στρώμα είναι ανάλογο με τους δρόμους και τα φορτηγά που φέρουν το ταχυδρομείο. Αντίθετα, το επίπεδο σύνδεσης δεδομένων αντιστοιχεί στον φάκελο που έχει τις πληροφορίες διεύθυνσης που απαιτούνται για να διακρίνει κάθε στοιχείο αλληλογραφίας από άλλο. Θα προχωρήσουμε σε μια πιο λεπτομερή εξήγηση του τρόπου με τον οποίο αυτά τα στρώματα δικτύου αντιστοιχούν με τις ισοδύναμες πληροφορίες σε επίπεδο IC περαιτέρω στο άρθρο.

Γιατί να επιλέξετε το Gigabit Ethernet?

Μόλις εξεταστεί η ιστορία της εξέλιξης του πρωτοκόλλου Ethernet, οι σημαντικές βελτιώσεις ταχύτητας που έρχονται με κάθε νέα γενιά ξεχωρίζουν σαφώς. Εξετάζοντας την ταχύτητα υλικού του κυκλώματος και τις δυνατότητες του εύρους ζώνης, η σαφής επιλογή της γενιάς για εφαρμογή σε ένα σύγχρονο σχέδιο είναι το Gigabit Ethernet. Όταν πρόκειται για διαφορετικά μέσα, ας πούμε ότι επιλέγετε WiFi για να αποφύγετε την ανάγκη για καλώδια Ethernet, υπάρχουν σίγουρα κάποια πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα σε σύγκριση με το Ethernet, όπως φαίνεται στα ακόλουθα παραδείγματα.

• Ταχύτητα: Η μέγιστη θεωρητική ταχύτητα του WiFi που λειτουργεί στο IEEE 802.Το πρότυπο 11G είναι 54 Mbps, το οποίο σαφώς δεν είναι συγκρίσιμο με 100 Mbps Ethernet ή Gigabit Ethernet ταχύτητες. Ωστόσο, το WiFi λειτουργεί στο IEEE 802.Το πρότυπο 11AC προσφέρει θεωρητικές ταχύτητες έως και 3.2 Gbps, το οποίο είναι τρεις φορές ταχύτερο από το Gigabit Ethernet. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι οι προσαρμογείς WiFi και τα σημεία πρόσβασης πρέπει να είναι συμβατά με το 802.11ac για επικοινωνίες για την επίτευξη αυτού του είδους ταχύτητας μετάδοσης. Η θεωρητική ταχύτητα ενός συνδέσμου WiFi συχνά δεν είναι δυνατή στον πραγματικό κόσμο, καθώς σπάνια έχουμε μια τέλεια οπτική επαφή μεταξύ συσκευών.
• Αξιοπιστία: Οι ενσύρματες συνδέσεις μπορούν να δρομολογηθούν ως ένα είδος δικτύου από σημείο σε σημείο και αν δεν υπάρχουν παραλείψεις καλωδίων ή σφάλματα υποδοχής, δεν υπάρχουν διακοπές στην επισκεψιμότητα του δικτύου. Αυτό καθιστά τη λειτουργία ενσύρματου δικτύου πολύ συνεπής όσον αφορά την ταχύτητα και την καθυστέρηση. Από την άλλη πλευρά, το WiFi είναι επιρρεπές σε παρεμβολές από άλλες ασύρματες συσκευές καθώς και υποβάθμιση σήματος λόγω ατμοσφαιρικών συνθηκών και των επιπτώσεων των εμποδίων όπως το τοίχοι των κτιρίων. Μια απλή αλλαγή στην υγρασία μπορεί να επηρεάσει σημαντικά την ταχύτητα καθώς το ασύρματο σήμα εξασθενεί από την ατμοσφαιρική υγρασία. Οι θεωρητικές και πρακτικές διαφορές ταχύτητας επηρεάζονται επίσης από την αξιοπιστία, η οποία είναι πολύ πιο αντιληπτή όταν χρησιμοποιείτε WiFi.
• Ασφάλεια: Το WiFi μεταδίδει την κυκλοφορία του μέσω του αέρα, που σημαίνει ότι ένας δέκτης εντός της εμβέλειας μπορεί εύκολα να καταγράψει τις δραστηριότητες του δικτύου, εκτός εάν η κυκλοφορία είναι έντονα προστατευμένη/κρυπτογραφημένη με έναν γνωστό ασφαλή αλγόριθμο. Η κυκλοφορία σας μπορεί να είναι ασφαλέστερη κατά τη χρήση ενσύρματων συνδέσεων όπου η μη ανιχνευμένη υποκλοπή είναι πιο δύσκολη.
• Ευκολία χρήσης: Εάν δεν σας αρέσει να περιορίζεστε στη χρήση καλωδίων ή λειτουργείτε σε μια τοποθεσία όπου η τοποθέτηση καλωδίων είναι ένα πρόβλημα, τότε η επιλογή του WiFi μπορεί να κάνει τη σύνδεση δικτύου πιο ελεύθερα διαθέσιμη.

Εκτός από το όταν σχεδιάζετε συσκευές IoT, ένας σχεδιαστής υλικού θα χρησιμοποιεί συχνά μια διεπαφή Ethernet για να επικοινωνήσει με άλλα συστήματα, ιδιαίτερα για τη μεταφορά ογκώδους δεδομένων και αρχείων παρακολούθησης. Η αξιοπιστία και η ταχύτητα του Ethernet είναι δύσκολο να ταιριάζουν, και αυτή η αξιοπιστία και η ταχύτητα απλοποιούν τις αποφάσεις μηχανικής και την ανάπτυξη του υλικού και του υλικολογισμικού του πίνακα κυκλωμάτων. Η χρήση ενσύρματης σύνδεσης προσφέρει επίσης ένα άλλο πλεονέκτημα: Το κόστος πιστοποίησης μπορεί να είναι πολύ χαμηλότερο εάν δεν υπάρχει ραδιοφωνική μετάδοση από τη συσκευή, καθώς η συσκευή θα πιστοποιηθεί ως ακούσιο καλοριφέρ.

Τι γίνεται με τη χρήση μιας διασύνδεσης USB αντί για μια σύνδεση Ethernet που μπορεί να σκέφτεστε? Και οι δύο χρησιμοποιούν ενσύρματες συνδέσεις και με την πρόσφατη εξέλιξη της τεχνολογίας USB, USB 3. x Οι τυπικές διεπαφές έχουν βαθμολογίες ταχύτητας που είναι παρόμοιες ή υψηλότερες από το Gigabit Ethernet (USB 3.1: ~ 10 Gbps). Πρέπει να αντικαταστήσουμε όλο τον εξοπλισμό Ethernet με USB 3. x Τότε? Πριν κάνετε την επιλογή σας, σκεφτείτε εάν είστε στην ευχάριστη θέση να εγκατασταθείτε για τα εξής:

• Μικρότερα μήκη καλωδίων (μερικά μέτρα αντί για ~ 100 μέτρα για το Ethernet)
• Σύνδεση από σημείο σε σημείο αντί για σύνδεση πολλαπλών σημείων
• Το USB δεν’t Προσφορά τυπική δικτύωση, οπότε η ώθηση των δεδομένων σε έναν απομακρυσμένο web/database/server αρχείου είναι μια πρόκληση.

Εάν μπορείτε να ζήσετε με αυτούς τους περιορισμούς, τότε γιατί να μην δώσετε USB3.x μια δοκιμή αντί για Ethernet? Σημειώστε ότι αυτοί οι περιορισμοί δεν προορίζονται να δυσφημίσουν το USB3.x Τεχνολογία; Είτε επιλέγετε USB ή Ethernet καθορίζεται από αυτό που χρειάζεστε για τις συγκεκριμένες απαιτήσεις εφαρμογής σας.

Για το Ethernet, ένα παιχνίδι-changer είναι η χρήση ενός οπτικού συνδέσμου επικοινωνίας αντί του καλωδίου χαλκού, μια επιλογή που επεκτείνει σχεδόν όλες τις ταχύτητες, λανθάνουσα κατάσταση και όρια μήκους καλωδίων. Ωστόσο, το Fiber Gigabit Ethernet είναι θέμα για άλλη μια φορά και δεν θα καλύπτεται σε αυτό το άρθρο.

Το Ethernet είναι μια πολύ βολική τεχνολογία, επιτρέποντας την άμεση πρόσβαση σε πρότυπα πρωτόκολλα δικτύωσης και συστήματα. Εάν το δίκτυο είναι συνδεδεμένη με την πρόσβαση στο Διαδίκτυο, η ώθηση των δεδομένων σε απομακρυσμένους διακομιστές, όπως οι παρόχους σύννεφων, είναι μια σχετικά ασήμαντη εφαρμογή όταν πρόκειται για ανάπτυξη λογισμικού/υλικολογισμικού. Το Ethernet σας επιτρέπει να αξιοποιήσετε την υπάρχουσα υποδομή. Το WiFi προσφέρει πολλές ευκολίες, αλλά έρχεται με κινδύνους και κυρώσεις που μπορεί ή δεν μπορεί να είναι αποδεκτές από την αίτησή σας. Το USB είναι ένα παραγωγικό πρότυπο διαθέσιμο σε πολλές συσκευές. Ωστόσο, η συσκευή σας πρέπει να βρίσκεται σε κοντινή απόσταση από μια συσκευή κεντρικού υπολογιστή ή πελάτη που συνήθως χρειάζονται προσαρμοσμένο λογισμικό εγκατεστημένο σε αυτήν τη συσκευή για να παρέχει επικοινωνία με το προϊόν που αναπτύσσετε. Το Ethernet δεν είναι πάντα η σωστή απάντηση στο πρόβλημα, αλλά αυτό’συχνά μια καλή απάντηση.

Καταδύσεις στη σύνδεση RJ-45

Από αμνημονεύτων χρόνων, οι υποδοχές και τα βύσματα τύπου RJ-45 με καλώδια χαλκού στριμμένα ζεύγη έχουν χρησιμοποιηθεί για διεπαφές Ethernet. Η πιο κοινή δομή καλωδίων είναι η “Unsheled Twisted Pair (UTP),” η οποία κατηγοριοποιείται σύμφωνα με τη μέγιστη συχνότητα φορέα από την κατηγορία 1 (CAT1) στην κατηγορία 8 (CAT8). Η συχνότητα του φορέα καθορίζει την ταχύτητα μετάδοσης και για να πάρει τις σωστές ταχύτητες, το καλώδιο που ονομάζεται ως CAT5 ή υψηλότερη θα πρέπει πάντα να χρησιμοποιείται για το Gigabit Ethernet σας.

Συμβουλή: Δώστε προσοχή κατά την επιλογή μιας υποδοχής RJ-45 για το PCB σας, καθώς ορισμένες υποδοχές διαθέτουν μια επιλογή χαμηλού προφίλ, η οποία θα απαιτήσει μια αποκοπή του σκάφους κάτω από το σύνδεσμο. Επίσης, σημειώστε ότι ορισμένες υποδοχές RJ-45 περιλαμβάνουν το απαιτούμενο κύκλωμα τερματισμού Magnetics Ethernet (γνωστό ως Bob Smith Termination) που ενσωματώνεται στον σύνδεσμο (μερικές φορές ονομάζονται συνδετήρες Magjack).

Όπως φαίνεται στο σχήμα 2, τα καλώδια UTP έχουν τέσσερα στριμμένα ζεύγη όπου κάθε ζευγάρι έχει εκχωρηθεί ένα θετικό και ένα αρνητικό σήμα. Ενώ το 10/100 Mbps Ethernet χρησιμοποιεί μόνο δύο ζεύγη, το Gigabit Ethernet χρησιμοποιεί και τα τέσσερα ζεύγη για επικοινωνίες πλήρους αμφίδρομης και διαφέρει από το Fast Ethernet, καθώς και τα τέσσερα ζευγάρια που χρησιμοποιούνται από το Gigabit Ethernet είναι αμφίδρομα. Σε αυτό το σημείο, δύο ερωτήσεις είναι πιθανό να έχουν ξεχαστεί: Γιατί χρησιμοποιούν στριμμένα ζεύγη και γιατί υπάρχει ένα θετικό και ένα αρνητικό σήμα για κάθε ζευγάρι?

Η σύντομη απάντηση είναι ότι και τα δύο αυτά χαρακτηριστικά χρησιμοποιούνται για τη μείωση των επιπτώσεων της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας και παρεμβολών. Τα παράλληλα καλώδια σε μια δέσμη (δεν είναι στριμμένα) μπορεί εύκολα να εισάγει θόρυβο μεταξύ τους, καθώς το καλώδιο λειτουργεί ως επαγωγέας που μεταφέρει ρεύμα και δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο. Μια τεχνική διαφορικής μετάδοσης είναι ένα εξαιρετικό σημείο εκκίνησης για την πρόληψη αυτού του αποτελέσματος μαγνητικού πεδίου, καθώς αυτή η μέθοδος χρησιμοποιεί δύο καλώδια, ένα για το αρχικό σήμα και ένα για ένα ανεστραμμένο αντίγραφο του σήματος που προκαλεί ένα ίσο και αντίθετο μαγνητικό πεδίο που ακυρώνει το άλλο έξω.

Αν και οι διαφορικοί δέκτες είναι ανθεκτικοί στον θόρυβο της κοινής λειτουργίας από το σχεδιασμό, εάν τα θετικά και αρνητικά καλώδια σήματος δεν αποστασιοποιηθούν εξίσου από την πηγή θορύβου, ο θόρυβος της κοινής λειτουργίας θα μπορούσε να μετατραπεί σε θόρυβο διαφορικής λειτουργίας. Αυτό το πρόβλημα επιλύεται με τη συστροφή των θετικών και αρνητικών ζεύγους σήματος μαζί. Αυτό φροντίζει να είναι κοντά ο ένας στον άλλο σε όλο το μήκος του καλωδίου. Μια παραλλαγή αυτής της τεχνικής, δρομολόγηση διαφορικού ζεύγους, είναι μια ευρέως διαδεδομένη τεχνική που χρησιμοποιείται στη διάταξη PCB για κρίσιμα σήματα.

Ένα άλλο πρόβλημα που παρατηρείται στις επικοινωνίες υψηλής ταχύτητας είναι η αντανάκλαση σήματος. Εάν υπάρχουν αναντιστοιχίες αντίστασης κατά μήκος της διαδρομής σήματος, η μέγιστη ισχύς δεν θα μεταφερθεί πέρα ​​από αυτό το σημείο και κάποια από την ενέργεια σήματος θα αντικατοπτρίζεται πίσω στην πηγή. Εάν η σύνθετη αντίσταση μεγαλύτερων καλωδίων και/ή ιχνών PCB δεν είναι καλά αντιστοιχισμένη, η ποιότητα του σήματος μπορεί να υποβαθμιστεί σε ένα σημείο όπου έχει ως αποτέλεσμα μια αποτυχία επικοινωνιών.

Συνοπτικά, ένα καλώδιο UTP έχει τέσσερα ισορροπημένα στριμμένα ζεύγη που έχουν 100 ohms χαρακτηριστική αντίσταση για να μειώσουν τον προβληματισμό και είναι στριμμένα σε διαφορετικές αναλογίες στροφής για να μειώσουν τη διασταύρωση μεταξύ των ζευγαριών. Η βιομηχανία κάνει το καλύτερό της με την παραγωγή καλωδίων και αυτό το άρθρο θα σας καθοδηγήσει μέσω του τρόπου με τον οποίο μπορείτε να αποκτήσετε την καλύτερη διάταξη PCB για να αποφύγετε τυχόν παρενέργειες θορύβου ή απώλειας σήματος.

Ερμηνεία σήματα Ethernet στο PCB

Ακόμη και όταν μιλάμε για ψηφιακές διεπαφές υψηλής ταχύτητας, δεν θα ήταν λανθασμένο να πούμε ότι ο πραγματικός κόσμος είναι ένας “αναλογικό” περιβάλλον. Όλες οι πληροφορίες που ταξιδεύουν κατά μήκος ενός καλωδίου πρέπει να ψηφιοποιηθούν κατάλληλα σύμφωνα με το απαιτούμενο πρωτόκολλο ελεγκτή, ανεξάρτητα από την αρχιτεκτονική του. Θυμίζοντας το μοντέλο OSI και τα στρώματα για το πρωτόκολλο Ethernet, το πρώτο είναι το “Φυσική στρώση” (PHY), το οποίο ξεκινά από το καλώδιο και συνεχίζεται μέχρι να ληφθεί/μεταδίδεται ένα διαμορφωμένο σήμα πραγματικού κόσμου από τη συσκευή PHY IC. Το PHY IC είναι ο πομποδέκτης της διεπαφής Ethernet που χειρίζεται τις εργασίες κωδικοποίησης/αποκωδικοποίησης σύμφωνα με το πρωτόκολλο και περιλαμβάνει το “Μεσαίου εξαρτώμενη διασύνδεση (MDI)” για το συνδεδεμένο μέσο μετάδοσης (i.μι., το καλώδιο UTP στην περίπτωση του Gigabit Ethernet).

Το δεύτερο στρώμα είναι το “Στρώμα συνδέσμου δεδομένων,” που εφαρμόζεται στον ελεγκτή πρόσβασης μέσων (MAC), ο οποίος είναι ο ενδιάμεσος ελεγκτής μεταξύ του PHY και του μικροεπεξεργαστή που περιλαμβάνει τη στοίβα δικτύου στο υλικολογισμικό του. Αφού το PHY έχει ολοκληρώσει τη δουλειά του με τα κομμάτια σήματος, τα στέλνει απευθείας μέσω του “Μεσαίου ανεξάρτητη διεπαφή (MII)” στον ελεγκτή Mac, ο οποίος δημιουργεί και επικυρώνει τη δομή πλαισίου σύμφωνα με το καθορισμένο πρωτόκολλο. Το PHY χρησιμοποιεί το MDI για τη σύνδεση RJ-45. Το MII χρησιμοποιείται για τη διεπαφή μεταξύ PHY και MAC.

Ο σχεδιαστής υλικού έχει συνήθως τρεις επιλογές κατά την εφαρμογή μιας διασύνδεσης Gigabit Ethernet στο σύστημά τους:

RJ-45 RJ-45 RJ-45 Δεδομένου ότι η απόδοση δεδομένων για απαιτήσεις για το Gigabit (1/10+Gbps), οι διεπαφές Ethernet είναι τόσο υψηλές, ένα λεωφορείο υψηλής ταχύτητας όπως PCI, PCIE, USB3.Το παράλληλο λεωφορείο X ή 16-/32-bit απαιτείται για τις μονάδες επεξεργασίας που δεν διαθέτουν ολοκληρωμένο Mac. Οι περισσότεροι μικροεπεξεργαστές υψηλού επιπέδου και κρούστα συστήματος (SOC) (για παράδειγμα, NXP I.MX6 και I.MX8, XILINX ZYNQ-7000 SOC, TI SITARA) έχουν έναν ολοκληρωμένο ελεγκτή Gigabit MAC για να χειριστεί εσωτερικά δεδομένα υψηλού εύρους ζώνης. Αντίθετα, μερικές MCUs Mid-end (για παράδειγμα, ST STM32F4 και πολλές άλλες σειρές ARM Cortex, ή Microchip PIC32M) έχουν 10/100 Mbps ενσωματωμένο Ethernet Mac. Παρόλο που αναφέραμε μια τρίτη επιλογή, δεν είναι εύκολο να βρείτε έναν συνδυασμό Gigabit PHY και MAC σε ένα μόνο πακέτο. Έτσι, έχουμε μόλις συμπεριλάβει αυτή την επιλογή για πληρότητα. Για παράδειγμα, το Microchip LAN7430 και το LAN7850 διατίθενται στην αγορά. Επίσης, η σειρά Intel 825XX είναι μια άλλη επιλογή, αλλά οι γενικοί προμηθευτές δεν διαθέτουν αυτά και η διαθεσιμότητα υπόκειται σε ελάχιστες ποσότητες παραγγελιών (MOQ) και συμφωνίες μη αποκάλυψης (NDA). Από την άλλη πλευρά, για την επιλογή των 10/100 Mbps, μπορείτε να βρείτε πολλές από αυτές τις συσκευές σε ηλεκτρονικούς πίνακες Hobby-Level όπως το λεωφορείο ENJ2860, ENC424J600 και W5100/W5500. Σε γενικές γραμμές, η δεύτερη επιλογή που αναφέραμε προτιμάται πάντοτε εάν η μονάδα επεξεργασίας έχει επαρκή διεπαφή MAC (MII) για την απαιτούμενη ποσότητα διασύνδεσης Gigabit για το σχεδιασμό. Ακόμη και με τον περιορισμένο αριθμό διασυνδέσεων MAC στην πλευρά του επεξεργαστή, η χρήση των διακόπτη Ethernet σε επίπεδο IC μπορεί να λύσει τυχόν προβλήματα εάν όλες οι διεπαφές Ethernet λειτουργούν στο ίδιο επίπεδο εμπιστευτικότητας δικτύου. Η χρήση από τον αμυντικό κλάδο μπορεί να απαιτεί φυσικό διαχωρισμό των διεπαφών για λόγους ασφαλείας. Με βάση τις πληροφορίες που καλύψαμε μέχρι στιγμής, επιλέξαμε ένα παράδειγμα σχεδιασμού που θα βασίζεται στη χρήση ενός διακριτού PHY και ολοκληρωμένου Mac. Πριν προχωρήσουμε περαιτέρω, ας’Κοιτάξτε ποιοι προμηθευτές διαθέτουν γενικά δημοφιλή διακριτή gigabit phy και mac ics. Σημειώστε ότι τα συγκεκριμένα κριτήρια επιλογής και η εξέταση των χαρακτηριστικών τους θα καλύπτονται στις επόμενες ενότητες. Οι κατάλληλες συσκευές είναι KSZ9031, KSZ9131, VSC8211 και VSC8501 (όλα από μικροτσίπ/microsemi), Adin1300 (αναλογικές συσκευές), Max3956 (Maxim) και DP83867 (Τέξας). Η Broadcom είναι ένας άλλος κατασκευαστής PHY Gigabit (BCM546X και BCM548X), αλλά είναι γενικά μη αποθηκευμένα με υψηλό MOQ και/ή έχουν μακροχρόνια χρονική. Τα LAN7431 και LAN7801 (MICROCHIP), BCM5727 και BCM5720 (Broadcom) είναι όλοι οι ελεγκτές Mac Gigabit που μπορούν να βρεθούν στην αγορά. Συμβουλή: Δώστε προσοχή στις περιβαλλοντικές απαιτήσεις των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων όταν κάνετε την επιλογή σας. Διπλασιάστε τις ανάγκες σας όσον αφορά τη θερμοκρασία λειτουργίας, τη συμμόρφωση ROHS και την ευαισθησία υγρασίας εκτός από τις ηλεκτρικές απαιτήσεις όπως το επίπεδο τάσης Ethernet, το αποτύπωμα συσκευών κ.λπ.Μαγνητική

• Δεν υπάρχει ανάγκη για παροχή τάσης στην απομονωμένη πλευρά, αφού το σήμα μεταφέρεται απευθείας μέσω του μετασχηματιστή.
• Τα σήματα Ethernet (ακόμη και 10 Mbps) είναι πολύ γρήγορα για τους περισσότερους οπτοφθαλμιστές και οι μετασχηματιστές είναι φθηνότεροι και ευκολότεροι να αποκτήσουν.
• Από τη φύση τους, οι μετασχηματιστές έχουν πολύ υψηλό λόγο απόρριψης κοινής λειτουργίας (CMRR), γεγονός που τους καθιστά ιδανική για διαφορικές επικοινωνίες. Οποιαδήποτε τάση κοινής λειτουργίας που εφαρμόζεται και στους δύο ακροδέκτες του μετασχηματιστή απορρίπτεται και μόνο μια διαφορική τάση μεταξύ των ακροδεκτών μεταφέρεται στην απομονωμένη πλευρά.
• Δεδομένου ότι τα ζεύγη MDI είναι ελεγχόμενα με αντίσταση ισορροπημένα ζεύγη διαφορικών (Z0 = 100 Ω), πρέπει να ταιριάζουν αυστηρά με τη χαρακτηριστική αντίσταση του καλωδίου στριμμένα ζεύγη. Ας υποθέσουμε ότι τα ζεύγη καλωδίων έχουν διαφορετική αντίσταση από τα ζευγάρια MDI. Σε αυτή την περίπτωση, ο μετασχηματιστής προσφέρει το ιδανικό σημείο για να ξεπεραστεί τυχόν αναντιστοιχία αντίστασης που επιτρέπει τη μεταφορά του σήματος χωρίς καμία αντανάκλαση λόγω των αντιστοιχισμένων αντισυμβαλλομένων. Επίσης, όπως θα συζητήσουμε στα ακόλουθα τμήματα, ορισμένες συσκευές πομποδέκτη PHY μπορούν να βασίζονται σε μη ισορροπημένα ζεύγη MDI και οι μετασχηματιστές είναι ιδανικοί για χρήση ως μεταφορέας Balun (ισορροπημένο-μη ισορροπημένο).
• Η προστασία υψηλής τάσης απομόνωσης (το πρότυπο απαιτεί ανοσία έως 1500 VAC στα 50/60 Hz για 60 δευτερόλεπτα μεταξύ ζευγών ή από ένα ζεύγος σε έδαφος σασί) λαμβάνεται εύκολα όταν χρησιμοποιείται μαγνητική απομόνωση, η οποία προστατεύει την πλευρά του PHY από τις επιδράσεις του ESD Strikes.

Μερικά μειονεκτήματα της χρήσης ενός μετασχηματιστή είναι ότι εμποδίζει το στοιχείο DC και δεν είναι πολύ αποτελεσματικό σε χαμηλές συχνότητες. Ωστόσο, αυτά μπορούν εύκολα να λυθούν από το σχήμα διαμόρφωσης και να επιλέγουν έναν κατάλληλο μετασχηματιστή που πληροί τους επιλεγμένους τυπικούς ορισμούς του πρωτοκόλλου Ethernet.

Αφού αποφασίσετε να προχωρήσετε στη χρήση της επιλογής μετασχηματιστή και μετά από μια σύντομη αναζήτηση προμηθευτή, η πρώτη ερώτηση που είναι πιο πιθανό να έχετε είναι αν πρέπει να χρησιμοποιήσετε διακριτές μαγνητικούς ή έναν σύνδεσμο με ενσωματωμένο μαγνητικό Ethernet. Δυστυχώς, δεν υπάρχει τέλεια απάντηση και η αντιστάθμιση μεταξύ αυτών των επιλογών πρέπει να αναλυθεί λεπτομερώς από τον σχεδιαστή. Η σύγκριση των δύο επιλογών συνοψίζεται στον Πίνακα-1 παρακάτω (το έντονο κείμενο υποδηλώνει τον νικητή).

Τραπέζι 1. Το συμβιβασμό μεταξύ διακριτών και ολοκληρωμένων μαγνητικών

Διακριτό μαγνητική	Ολοκληρωμένη μαγνητική w/RJ-45
Κόστος	Πιο ακριβό λόγω της χρήσης περισσότερων εξαρτημάτων.	Φθηνότερο καθώς ο αριθμός των στοιχείων BOM είναι χαμηλότερος.
Συνέλευση	Πιο περίπλοκο με πιο συγκολλημένα μέρη.	Η συναρμολόγηση είναι μόνο ο σύνδεσμος και είναι έτοιμος στη χρήση.
Διάταξη	Μια πιο περίπλοκη, κακή διάταξη μπορεί να αναιρέσει τα ηλεκτρικά πλεονεκτήματα της χρήσης διακριτών μαγνητικών.	Πιο απλό και με μικρότερο κίνδυνο να είναι λάθος η διάταξη.
Συντήρηση	Τα αποτυχημένα μέρη ενδέχεται να είναι αντιμετώπιση προβλημάτων και να αντικατασταθούν ξεχωριστά.	Σε περίπτωση αποτυχίας, πρέπει να αντικατασταθεί ολόκληρος ο σύνδεσμος, οπότε μπορεί να είναι πιο ακριβό να διατηρηθεί μακροπρόθεσμα από τη διακριτή επιλογή.
Crosstalk/EMC και ESD	Με τη βοήθεια μιας καλής διάταξης, η πιθανότητα αλληλογραφίας μεταξύ των ζευγών μειώνεται σε σχεδόν μηδέν. Καθώς τα μαγνητικά δημιουργούν έναν απομονωμένο τομέα, οι απεργίες ESD αντιμετωπίζονται σε μια περιορισμένη περιοχή του PCB πριν φτάσουν στην πλευρά PHY.	Αν και η θωράκιση μετάλλων του συνδέσμου παρέχει κάποια πλεονεκτήματα EMC, είναι πιο ευαίσθητο στην αλληλογραφία μεταξύ των ζευγών και μια ακίδα τάσης από μια απεργία ESD μπορεί να συνδυαστεί με τα Phy MDI ζεύγη πιο εύκολα αφού ο μετασχηματιστής βρίσκεται μέσα σε μια μικρή περιοχή.
Συμβατότητα PHY	Συμβατό με όλα τα φυσικά λόγω όλων των συνδέσεων που δρομολογούνται ξεχωριστά προς καρφίτσες.	Ορισμένες συνδέσεις κεντρικών ρυθμίσεων μπορούν να συγκεντρωθούν μαζί για να μειώσουν τον αριθμό των ακίδων και στη συνέχεια να δρομολογηθούν σε έναν μόνο πείρο που μπορεί να προκαλέσει υποβάθμιση της απόδοσης.

Υπό το πρίσμα των παρεχόμενων πληροφοριών, αυτό’μέχρι τον σχεδιαστή για να επιλέξει την καλύτερη εφαρμογή για τη συγκεκριμένη εφαρμογή τους. Ακριβώς για να σημειωθεί ότι με βάση την εμπειρία μας, εάν υπάρχει οποιαδήποτε απαίτηση αξιοπιστίας ή/και ασφάλειας (όπως MTBF, FME (c) απαιτήσεις στις αυτοκινητοβιομηχανίες και αμυντικές βιομηχανίες), τότε η χρήση διακριτών μαγνητικών είναι συνήθως μια καλύτερη επιλογή. Για τα εμπορικά έργα που παράγονται μαζικά και τα ηλεκτρονικά σε επίπεδο χόμπι, η ολοκληρωμένη μαγνητική είναι μια τέλεια εφαρμογή καθώς μειώνουν το κόστος και απλοποιούν τη διαδικασία σχεδιασμού. Εδώ θα επιλεγεί η επιλογή Discete Magnetics για παράδειγμα σχεδιασμού μας. Η εσωτερική δομή, τα κριτήρια επιλογής και τα διαγράμματα σύνδεσης για τη διακριτή μαγνητική θα περιγραφούν παρακάτω.

Πρώτον, τα επιλεγμένα μαγνητικά θα πρέπει να έχουν μπλοκ μετασχηματιστή για καθένα από τα τέσσερα ζευγάρια που χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές Gigabit Ethernet. Επίσης, παρόλο που δεν είναι υποχρεωτικό, έχοντας ένα πνιγμό κοινής λειτουργίας (CMC) για να αυξήσει την ασυλία θορύβου κοινής λειτουργίας είναι πάντα μια καλή επιλογή. Αν και οι διαφορικοί δέκτες από μόνα τους είναι καλοί στην απόρριψη του θορύβου κοινής λειτουργίας (CM), με τη βοήθεια του CMC, ο λόγος σήματος προς θόρυβο και, ως εκ τούτου, ο ρυθμός σφάλματος δυαδικών ψηφίων θα βελτιωθεί στην πλευρά του δέκτη. Όσον αφορά τα ζεύγη πομπού, το CMC μειώνει τις εκπομπές EM που προκαλούνται από τον θόρυβο CM σε συνδυασμό στα ζεύγη PHY MDI. Ένα άλλο προαιρετικό συστατικό στα μαγνητικά είναι ένας αυτόματος μετασχηματιστής που δημιουργεί μια διαδρομή υψηλής εμφάνισης για τα σήματα διαφορικού Ethernet, δημιουργώντας παράλληλα μια διαδρομή χαμηλής απεικόνισης για τα σήματα CM.

Συνοψίζοντας, όπως φαίνεται στο Σχήμα 5 παραπάνω, ένας μετασχηματιστής απομόνωσης 1: 1 και ο πνιγμός κοινής λειτουργίας περιλαμβάνονται πάντοτε στα μαγνητικά Ethernet που διατίθενται στην αγορά. Το εύκολο μέρος της διαδικασίας επιλογής είναι να ελέγξει ότι η ανοχή περιέλιξης είναι μικρότερη από ± 5%και επαληθεύστε ότι η τάση απομόνωσης, η συχνότητα εργασίας, η CMRR και η αναλογία παρεμβολής είναι όλοι σύμφωνοι με το πρότυπο IEEE για το Gigabit Ethernet Pinout. Η επιλογή μαγνητικών με αυτόματο μετασχηματιστή είναι μια άλλη ανταλλαγή για τον σχεδιαστή να εξετάσει, εξασφαλίζοντας τη συμμόρφωση με τις απαιτήσεις EMI/EMC σε επίπεδο συστήματος, καθώς και τυχόν απαιτήσεις που προκύπτουν από αρχές όπως η FCC είναι και οι δύο ζωτικοί παράγοντες. Η επιλογή της επιλογής Magnetics 12 Winding θα αυξήσει το κόστος μειώνοντας ταυτόχρονα τον κίνδυνο αποτυχίας στις δοκιμές EMC. Εναλλακτικά, η επιλογή Magnetics 8-Winding είναι φθηνότερη και επιτρέπει μια καλή σχεδίαση διάταξης, αλλά ο κίνδυνος αποτυχίας της δοκιμής EMC ενδέχεται να χρειαστεί να μετριαστεί. Είναι καλή πρακτική να επιλέξετε την επιλογή Magnetics 12 Winding εάν η διεπαφή Ethernet είναι μέρος ενός ψηφιακού συστήματος που παράγει πολύ θόρυβο. Εάν επιθυμείται ένα 8-winding σε τέτοιες περιπτώσεις, εξετάστε το ενδεχόμενο σύνδεσης της πλευράς CMC στην πλευρά του καλωδίου για καλύτερη απόδοση EMI (σημειώστε ότι η σύνδεση αυτών του άλλου τρόπου θα λειτουργήσει επίσης). Όπου επιλέγεται ένα 12-winding, ο αυτόματος μετασχηματιστής πρέπει να συνδεθεί στην πλευρά του καλωδίου για τη σωστή λειτουργία. Τα ηλεκτρονικά Pulse, Bel Fuse, Halo, Bourns και TDK είναι γενικά κατασκευαστές μαγνητικών. Για να αποφύγετε οποιαδήποτε σύγχυση κατά την ανάγνωση του φύλλου δεδομένων, συνήθως, οι ετικέτες PIN ξεκινούν με “MX” προορίζονται να συνδεθούν με το “μεσο ΜΑΖΙΚΗΣ ΕΝΗΜΕΡΩΣΗΣ” (καλώδιο) πλευρά και ετικέτες ακίδων που ξεκινούν με “TD” συνδέονται με την πλευρά PHY.

Η αντιμετώπιση των ζητημάτων που σχετίζονται με το EMC μπορεί να φαίνεται σαν “Μαύρη μαγεία,” Και πριν από την εκτέλεση δοκιμών, είναι δύσκολο να είμαστε απόλυτα σίγουροι εάν τα επίπεδα θα είναι εντός ορίων. Ως εκ τούτου, ο σχεδιαστής πρέπει να χρησιμοποιήσει κάθε τεχνική μείωσης του θορύβου και να διαθέτει κάποιες εναλλακτικές επιλογές βελτίωσης έτοιμες να μετριάσουν τον κίνδυνο για να εξασφαλίσουν ότι τα επίπεδα είναι αρκετά χαμηλά στον τελικό σχεδιασμό. Ανεξάρτητα από την τοπολογία στο Ethernet Magnetics, τόσο ο μετασχηματιστής απομόνωσης 1: 1 όσο και ο αυτόματος μετασχηματιστής έχουν τις κεντρικές βρύσες τους δρομολογημένες σε καρφίτσες για να παρέχουν πρόσθετες επιλογές τερματισμού, φιλτραρίσματος και προκατάληψης.

Σύμφωνα με το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας του Robert (Bob) W. Smith, οι σχέσεις ζεύγους καλωδίων UTP σχηματίζουν γραμμές μεταφοράς σε σχέση μεταξύ τους. Εάν η γραμμή μετάδοσης δεν τερματιστεί σωστά, τότε υπάρχει πιθανότητα προβληματισμού που θα υποβαθμίσει την ποιότητα του σήματος. Για να αποφευχθούν οι αντανακλάσεις, συνιστάται η κάθε κεντρική βρύση στην πλευρά του καλωδίου (συμπεριλαμβανομένων των εξαρτημάτων 8 ή 12 ακτινοβολιών) να τερματίζονται χωριστά χρησιμοποιώντας μια αντίσταση 75-OHMS στο έδαφος του μαγνητικού σασί. Είναι επίσης καλή πρακτική η προσθήκη ενός πυκνωτή υψηλής τάσης μεταξύ της αντίστασης τερματισμού και του πλαισίου για να σχηματίσει ένα πρόσθετο φίλτρο για μείωση θορύβου κοινής λειτουργίας, παρόμοια με την τοπολογία τερματισμού χωρισμού. Σημειώστε ότι κάθε κεντρική βρύση θα πρέπει να έχει μια ατομική αντίσταση τερματισμού, ενώ μόνο ένας πυκνωτής είναι επαρκής και για τις τέσσερις συνδέσεις σασί. (Βλ. Σχήματα 6 και 7 παρακάτω)

Συμβουλή: Είναι μια καλή πρακτική η χρήση αντιστάσεων τερματισμού MELF 75 Ohms 75 ohms για την αύξηση της ανοσίας ESD στην πλευρά των μαγνητικών καλωδίων, αν και οι αντιστάσεις MELF είναι εξαιρετικά απογοητευτικές για τους συναρμολογητές.

Όταν πρόκειται για την κεντρική βρύση στην πλευρά PHY, αυτό θα πρέπει γενικά να συνδέεται με τη γη σήματος χρησιμοποιώντας έναν πυκνωτή για πρόσθετους σκοπούς φιλτραρίσματος. Όπως και οι αντιστάσεις τερματισμού Bob-Smith, κάθε κεντρική βρύση για τα ζευγάρια θα πρέπει να έχει τους δικούς του πυκνωτές για να αποτρέψει οποιαδήποτε αδέσποτη ροή ρεύματος μεταξύ κάθε ζεύγους. Αυτή η κεντρική βρύση μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την παροχή της απαιτούμενης τάσης μεροληψίας κοινής λειτουργίας που απαιτείται από την τοπολογία PHY και/ή τραβήξτε τη γραμμή προς τα πάνω/κάτω σύμφωνα με διαφορετικές διαμορφώσεις οδήγησης γραμμής στην πλευρά PHY. Ελέγξτε προσεκτικά το δελτίο δεδομένων PHY για να προσδιορίσετε ποια είναι η εφαρμογή των διαμορφώσεων μεροληψίας και της γραμμής-οδηγού. Αυτά θα συζητηθούν περαιτέρω στην επόμενη ενότητα.

Phy gigabit

Λέγεται ότι το PHY είναι το κρίσιμο σημείο όπου η μεταφορά δεδομένων Ethernet από το “Ψηφιακό” κόσμος στο “Αναλογικό” συμβαίνει πραγματικός κόσμος και αντίστροφα. Όπως φαίνεται στο Σχήμα-8 παρακάτω, το PHY είναι το τελευταίο ενεργό συστατικό πριν το σήμα πηγαίνει στον σύνδεσμο (και μαγνητικούς) και στις τρεις επιλογές διαμόρφωσης.

Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας επιλογής PHY, μόνο δύο θεμελιώδεις ερωτήσεις θα είναι οι κρίσιμοι καθοριστικοί παράγοντες για την επιλογή συσκευών, καθώς οι περισσότερες από τις τυποποιημένες ιδιότητες περιλαμβάνονται αυτόματα σε οποιοδήποτε PHY IC. Το πρώτο ερώτημα είναι ο προσδιορισμός της διεπαφής για τη σύνδεση με τις συσκευές στρώματος συνδέσμου δεδομένων (MAC) και το δεύτερο ερώτημα είναι ο προσδιορισμός των υποστηριζόμενων επιλογών μέσων για τη σύνδεση καλωδίων. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, ο πομποδέκτης PHY έχει “Διεπαφή εξαρτώμενης από τα μέσα ενημέρωσης” (MDI) για επικοινωνίες σε πραγματικό κόσμο και α “Ανεξάρτητη διεπαφή μέσων” (MII) για επικοινωνίες MAC. Η σύμβαση ονομασίας MII μπορεί να θεωρηθεί ως γενικό εμπορικό σήμα που χρησιμοποιείται επίσης για προϊόντα (i.μι., αναφερόμενος σε μαύρα μπισκότα με βανίλια Creme ως Oreo). Υπάρχουν πέντε διαθέσιμες εναλλακτικές λύσεις, οι οποίες είναι MII, RMII, GMII, RGMII και SGMII (εν συντομία, ας αναφέρουμε όλα αυτά ως ως “XMII”·. Κάθε ένα από αυτά θα αναλυθεί περαιτέρω στην επόμενη ενότητα. Το PHY πρέπει να έχει μια κατάλληλη διεπαφή με το επιλεγμένο Mac. Ομοίως, πρέπει να ληφθεί υπόψη η απαίτηση σε επίπεδο συστήματος του μέσου μετάδοσης, όπως το καλώδιο χαλκού και οι οπτικές ίνες. Εάν απαιτείται ένα καλώδιο χαλκού UTP, το PHY θα πρέπει να διαθέτει μια κατάλληλη διεπαφή MDI για τους μαγνητικούς και τον σύνδεσμο RJ-45.

Για να επιδείξετε αυτό το σημείο, θα πρέπει να ελέγξετε τη σελίδα προϊόντος του επιλεγμένου PHY στο παράδειγμα σχεδιασμού, το οποίο είναι το KSZ9131. Υπάρχουν δύο διαθέσιμες επιλογές, το KSZ9131MNX και το KSZ9131RNX. Ενώ η προηγούμενη επιλογή υποστηρίζει το GMII/MII, το τελευταίο υποστηρίζει μόνο RGMII. Εάν το επιλεγμένο MAC έχει μόνο τη διεπαφή RGMII, τότε το KSZ9131MNX θα ήταν λάθος επιλογή. Δεν χρειάζεται να αναφέρουμε την πλευρά MDI, καθώς αυτό είναι σχετικά πιο ξεκάθαρο όταν πρόκειται να επιλέξετε το σωστό PHY, με την επιλογή μεταξύ διεπαφών καλωδίων και χαλκού.

Η ανάγνωση και η κατανόηση οποιουδήποτε φύλλου δεδομένων Gigabit PHY μπορεί να μην φαίνεται τόσο εύκολη με την πρώτη ματιά, καθώς θα υπάρξουν πολλές τυποποιημένες ιδιότητες που αναφέρονται στην ενότητα Χαρακτηριστικά. Αν δεν χρειαστεί να δημιουργήσετε μια ειδική εφαρμογή μιας διασύνδεσης Gigabit Ethernet, τα περισσότερα από αυτά τα χαρακτηριστικά είναι απλά “χαίρομαι που έχω” επιλογές που μπορεί να κάνουν τη ζωή λίγο πιο εύκολη. Θα προσπαθήσουμε να περιγράψουμε μερικά από αυτά εν συντομία και αν αισθάνεστε ότι απαιτούνται επιπλέον πληροφορίες για τη συγκεκριμένη εφαρμογή σας, μόνο η Google την κατάλληλη λέξη -κλειδί:

• Αυτόματη διαπραγμάτευση: Αυτό ορίζεται καλύτερα ως η αμοιβαία συμφωνία από τις συσκευές δικτύου που μοιράζονται μια ενσύρματη σύνδεση σχετικά με την ταχύτητα, το διπλό και τους ελέγχους που πρέπει να χρησιμοποιήσουν για να διαχειριστούν τη χρήση του συνδέσμου. Αυτό το χαρακτηριστικό είναι πολύ χρήσιμο για συμβατότητα προς τα πίσω και προς τα εμπρός και είναι υποχρεωτική απαίτηση για κάθε Gigabit Ethernet.
• Auto MDIX (crossover): Για λειτουργία 10/100Base, τα ζεύγη TX πρέπει να κατευθύνονται σε ζεύγη RX και αντίστροφα. Το πρωτόγονο διάλυμα ήταν να αλλάξει η σειρά ζεύγους στον σύνδεσμο καλωδίου. Αυτό εξελίχθηκε στη συνέχεια σε μια αλλαγή στη σειρά σύνδεσης συσκευής (MDI για ευθεία σειρά που χρησιμοποιείται με υπολογιστή και MDIX για αντίστροφη σειρά που χρησιμοποιείται με διακόπτη/διανομέα). Τέλος, οι μηχανικοί HP κατοχυρώθηκαν με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας το πρωτόκολλο Auto-MDIX που επιτρέπει στο PHY να αποφασίσει τα ζεύγη μετάδοσης/λήψης και να καθιερώσει τον κατάλληλο σύνδεσμο επικοινωνίας. Ο κύριος λόγος για τη χρήση αυτής της συνάρτησης είναι η συμβατότητα προς τα πίσω και η κατάργηση της ανάγκης χρήσης καλωδίων Crossover UTP, αφού τα ζεύγη Gigabit Ethernet είναι αμφίδρομα και χρησιμοποιούν διαφορετικούς αλγόριθμους στο PHY όπως η ακύρωση ηχώ.
• Ενεργειακά αποδοτικό Ethernet (EEE): Όπως μπορεί να φανεί με το όνομα, εάν το PHY έχει τη λειτουργία EEE, τότε εάν δεν πρέπει να σταλούν δεδομένα για συγκεκριμένο χρόνο, ο πομπός τοποθετείται αυτόματα σε λειτουργία χαμηλής ισχύος, επιτρέποντας σε όλες τις συνδεδεμένες συσκευές να γνωρίζουν ότι είναι σε αυτή την κατάσταση στέλνοντας πακέτα LPI. Καθώς ο δέκτης είναι πάντα ενεργός, δεν υπάρχει κίνδυνος διακοπής των επικοινωνιών και συνήθως αυτό μπορεί να οδηγήσει σε εξοικονόμηση ενέργειας άνω του 50%.
• IEEE 1588 Πρωτόκολλο χρόνου ακριβείας (PTP): Αυτή η λειτουργία απαιτείται γενικά από εφαρμογές σε πραγματικό χρόνο που κυμαίνονται από την αυτοματοποίηση του εργοστασίου έως τις τηλεπικοινωνίες. Τα ενσωματωμένα 1588 χαρακτηριστικά μπορούν να δημιουργήσουν αυστηρά συγχρονισμένα σήματα Ethernet με χαμηλό Jitter, να σφραγίσουν τα πακέτα και να ενεργοποιήσουν συμβάντα σε GPIO.
• Συγχρονισμένο Ethernet (Synce): Για τις επικριτικές επικοινωνίες υψηλής ζώνης, όπως η μεταφορά φωνής και βίντεο σε πραγματικό χρόνο, η ρυθμιστικότητα δεδομένων σε κάθε κόμβο πρέπει να ελαχιστοποιηθεί και ως εκ τούτου, όλοι οι κόμβοι πρέπει να συγχρονίζονται σφιχτά με ένα κοινόχρηστο σήμα ρολογιού. Το Synce δημιουργείται για να μεταφέρει πληροφορίες ρολογιού μεταξύ κόμβων χρησιμοποιώντας τις συσκευές PHY. Κάθε PHY ανακτά το σήμα ρολογιού και χρησιμοποιεί είτε εσωτερικό είτε εξωτερικό PLL για να αφαιρέσει οποιοδήποτε jitter πριν χρησιμοποιήσετε το σήμα για να συγχρονίσετε τις λειτουργίες.

Το PHY Ethernet περιλαμβάνει μπλοκ κωδικοποίησης και διαμόρφωσης σύμφωνα με το πρότυπο IEEE για να ξεπεραστούν οι φυσικοί περιορισμοί που επιτρέπουν στο καλώδιο CAT5 UTP να είναι αποτελεσματικό και να πιστοποιηθεί για συχνότητες μέχρι 125 MHz. Εάν το PHY στέλνει κάθε bit σε έναν κύκλο ρολογιού (όπως 10Base), τότε θα απαιτείται ένα καλώδιο που υποστηρίζει ένα ποσοστό 1 GHz. Αντί να στέλνει κάθε bit σε έναν κύκλο ρολογιού, το 100/1000Base μεταδίδει ένα “Χασομερώ” ανά κύκλο με κωδικοποίηση εφαρμόζεται. Το 100Base κωδικοποιεί κάθε ομάδα 8 bit σε ένα πακέτο 10-bit (4b/5b ή 8b/10b) για να αυξήσει την αξιοπιστία, πράγμα που σημαίνει ότι πρέπει να στείλει με ρυθμό 125 mbaud που απαιτεί ταχύτητα ρολογιού 125 MHz.

Το Gigabit Ethernet χρησιμοποιεί τη διαμόρφωση PAM-5 που χρησιμοποιεί πέντε επίπεδα τάσης Ethernet και κωδικοποιεί δύο bits ανά κύκλο ρολογιού χρησιμοποιώντας τέσσερα διαφορετικά επίπεδα τάσης σε κάθε ζεύγος. Το επίπεδο πέμπτης τάσης χρησιμοποιείται για διόρθωση σφαλμάτων. Η κύρια διαφορά μεταξύ 100Base και 1000Base είναι ότι το Gigabit Ethernet χρησιμοποιεί και τα τέσσερα ζεύγη αμφίδρομα και ταυτόχρονα. Χρησιμοποιώντας βασικά μαθηματικά, μπορούμε να δούμε ότι 1000 Mbps / 4 = 250 Mbps ανά ζεύγος και η κωδικοποίηση δύο bits σε κάθε κύκλο οδηγεί σε ρυθμό ρολογιού 125 MHz. Έτσι, χρησιμοποιώντας τον ίδιο ρυθμό Baud και τη συχνότητα ρολογιού με το γρήγορο Ethernet, το Gigabit Ethernet χρησιμοποιεί όλους τους διαθέσιμους πόρους πιο αποτελεσματικά και αυξάνει την ταχύτητα συνδέσμου, ενώ παράλληλα διατηρώντας τα πιστοποιημένα όρια του σχετικά φθηνού καλωδίου CAT5 αντί να χρειάζεται να χρησιμοποιήσετε πιο δαπανηρά υψηλότερα καλώδια κατηγορίας.

Η χρησιμοποιούμενη διαμόρφωση/κωδικοποίηση είναι πολύ συνηθισμένη σε ολόκληρο τον κόσμο της επικοινωνίας και όλοι οι πομποδέκτες δεν πρέπει να έχουν κανένα πρόβλημα να διαμορφώνουν και να αποδιαμορφώνουν (mod/demod) τα σήματα Ethernet. Καθώς το Gigabit Ethernet PHY είναι μια συσκευή πομποδέκτη συμβατή με το καθυστερημένο, μπορούμε να δούμε γιατί χρειάζεται τόσο 10 MHz (10Base) όσο και 125 MHz (100/1000Base). Επίσης, πρόσθετες αναφορές ρολογιού όπως 2.Μπορεί να απαιτείται 5 MHz, 25 MHz ή 125 MHz για PHY-to-MAC “XMII” επικοινωνίες ανάλογα με τον επιλεγμένο τύπο διεπαφής. Γενικά, ένα PHY θα έχει επίσης μια έξοδο ρολογιού 25 MHz ή 125 MHz για συγχρονισμό με άλλα φυσικά ή ως αναφορά εισόδου για τη συσκευή MAC.

Όλα τα Phys Ethernet που διατίθενται στην αγορά διαθέτουν εσωτερικό συνθέτη ρολογιού PLL, οπότε χρειάζεστε απλώς έναν κρύσταλλο αναφοράς ή έναν ταλαντωτή, γενικά στα 25 MHz. Είναι πάντα μια καλή ιδέα να ελέγξετε διπλό το φύλλο δεδομένων για να δείτε αν διαθέτει ενσωματωμένο οδηγό κρυστάλλου που το καθιστά ικανό να χρησιμοποιήσει το Crystal. Γενικά, οι απαιτήσεις ακρίβειας συνιστάται να είναι καλύτερες από 50 ppm και η χρήση ενός ταλαντωτή μπορεί να διευκολύνει τη διάταξη. Και πάλι, είναι ένα συμβιβασμό για τους σχεδιαστές όσον αφορά την τιμή, τη σταθερότητα και τη διάταξη. Πρέπει να είστε προσεκτικοί για να ελέγξετε την χωρητικότητα φορτίου κρυστάλλου εάν επιλέξετε αυτήν την επιλογή.

ο “λουρί” ή “εκκίνηση” Η ορολογία που χρησιμοποιείται για τις συσκευές Ethernet καθορίζει τις ρυθμίσεις σκληρού κωδικοποιημένου για παραμέτρους όπως η διεύθυνση της συσκευής, η λειτουργία, η επιλογή XMII, η ενεργοποίηση του ρολογιού, κλπ. Πριν ολοκληρωθεί η συσκευή. Συνιστάται έντονα να ελέγξετε προσεκτικά το φύλλο δεδομένων για τις επιλογές ιμάντα, καθώς αυτές εξαρτώνται από τον προμηθευτή και μπορεί να υπόκεινται σε μεταβολή μεταξύ κάθε συσκευής. Το κρίσιμο σημείο εδώ είναι να ρυθμίσετε τον απαιτούμενο χρόνο επαναφοράς για να εγκατασταθούν οι ακροδέκτες ιμάντα στο επιθυμητό επίπεδο τάσης, το οποίο ρυθμίζεται εύκολα χρησιμοποιώντας ένα κύκλωμα καθυστέρησης RC.

Ένα άλλο σημείο που σχετίζεται με την επιλογή PHY είναι να ελέγξει αν έχει αντιστάσεις εσωτερικού τερματισμού ή όχι. Η παρουσία τους είναι κρίσιμη για την ακεραιότητα του σήματος, τόσο για το MDI όσο και για τις πλευρές MII. Το MDI χρησιμοποιεί ισορροπημένα ζεύγη διαφορικών, οπότε αν το PHY δεν έχει αντιστάσεις τερματισμού στο chip, πρέπει να προστεθεί ο παράλληλος τερματισμός (που προτιμάται ο θόρυβος της κοινής λειτουργίας) στο διοικητικό συμβούλιο) πρέπει να προστεθεί στον πίνακα. Ομοίως, η διασύνδεση XMII θα πρέπει να έχει αντιστάσεις τερματισμού σειράς, είτε επί του τσιπ είτε επί του σκάφους.

Όπως αναφέρθηκε εν συντομία, ενώ περιγράφει τη χρήση του Magnetics Center Tap, υπάρχουν δύο τύποι οδηγών γραμμής που διατίθενται για το Gigabit Ethernet: Τρέχουσα λειτουργία και τάσης. Ο σχεδιαστής θα πρέπει να ελέγξει το πρόγραμμα οδήγησης γραμμής PHY για μια σύνδεση κεντρικού τερματισμού μαγνητικών και διαχωρισμού κέντρου τερματισμού. Δεδομένου ότι οι οδηγοί τάσης έχουν διάφορα πλεονεκτήματα έναντι της τρέχουσας λειτουργίας, σήμερα, αυτός ο τύπος οδηγού γραμμής είναι πιο διαδεδομένος μεταξύ των συσκευών. Ωστόσο, ο σχεδιαστής θα πρέπει να γνωρίζει τις απαιτήσεις του οδηγού γραμμής τρέχουσας λειτουργίας για διαφορετικές πτυχές σχεδιασμού.

Συμβουλή: Για περαιτέρω ανάγνωση, ελέγξτε το Microsemi “Ent-an0106 Σημείωση εφαρμογής”.

Οι περισσότερες από τις συσκευές Ethernet (PHY, MAC και Switch) χρειάζονται 1.2 V σιδηροτροχιά για τους αναλογικούς και ψηφιακούς πυρήνες καθώς και για την ισχύ PLL. Άλλες αναλογικές, ψηφιακές και IO προμήθειες είναι συνήθως επιλέξιμες από 3.3 V, 2.5 V, και 1.8 V και το φύλλο δεδομένων πρέπει να ελέγχεται προσεκτικά για το απαιτούμενο σύστημα τροφοδοσίας. Για να επιτρέπεται η λειτουργία μονής προμήθειας, η συσκευή μπορεί να διαθέτει ενσωματωμένο ελεγκτή LDO (Ε.σολ., στο KSZ9131) που οδηγεί ένα FET για να ρυθμίσει τα 3.3 V ή 2.5 V ΠΡΟΒΟΛΗ ΣΤΗΝ ΑΠΑΙΤΟΥΜΕΝΗ 1.Προμήθεια 2 V. Εάν το διοικητικό συμβούλιο έχει ήδη ξεχωριστό 1.2 V τροφοδοσία, τότε αυτή η επιλογή ενδέχεται να μην χρειαστεί. Καθώς η επιλογή FET σχετίζεται αυστηρά με τον ελεγκτή, οι σχεδιαστές πρέπει να ακολουθούν τις συστάσεις στο φύλλο δεδομένων για τις προδιαγραφές FET.

Αν και θα αναλυθεί στην επόμενη ενότητα, αξίζει να αναφερθεί ότι το PHY και το MAC θα πρέπει να έχουν σύνδεση διεπαφής διαχείρισης πάνω από το “XMII” συνδέσεις για τη δημιουργία σωστών επικοινωνιών.

Μετά την επιλογή του σωστού PHY για την εκπλήρωση των απαιτήσεων και μετά τις παραπάνω συστάσεις, ο σχηματικός σχεδιασμός είναι αρκετά τυπικός ανεξάρτητα από την επιλεγμένη συσκευή και ακολουθεί αυτά τα βήματα:

• Παρέχετε σωστή ισχύ σε ράγες με χύδην και τοπικούς πυκνωτές αποσύνδεσης
• Συνδέσεις με μαγνητικά και σύνδεσμο με LED
• Συνδέσεις με mac με xmii
• Συνδέσεις με MAC για διεπαφή διαχείρισης (MIIM)
• Παρέχετε τη σωστή είσοδο ρολογιού
• Ελέγξτε και κανονίστε “λουρί” επιλογές
• Ελέγξτε και κανονίστε τις επιλογές τερματισμού και προκαταλήψεως

Ένας σχηματικός σχεδιασμός δείγματος χρησιμοποιώντας το KSZ9131 PHY παρέχεται στο σχήμα 13 παρακάτω. Ορισμένες επεξηγηματικές σημειώσεις και συνδέσεις με συγκεκριμένες συσκευές δίδονται μέσα στο σχηματικό. Μπορείτε να βρείτε τα σχηματικά αρχεία για αυτό το σχήμα στο github, όπως αυτό’είναι πολύ πιο εύκολο να δείτε στο Altium Designer.

PHY σε MAC επικοινωνία

Ψηφιοποιημένα και αποσπασμένα/αποκωδικοποιημένα δεδομένα μεταφέρονται στη συσκευή στρώματος σύνδεσης δεδομένων MAC μέσω του “XMII” Ανεξάρτητη από τα μέσα διεπαφή. Οι περισσότερες από τις παραλλαγές MII (εκτός από το SGMII) είναι παράλληλες διεπαφές και είναι παρόμοιες με έναν παράλληλο λεωφορείο μνήμης. Τα μεταδιδόμενα και λαμβανόμενα σήματα Ethernet πρέπει να συγχρονιστούν χρησιμοποιώντας σήματα ρολογιού. Είναι ζωτικής σημασίας να έχουμε κατά νου ότι η εξελισσόμενη τεχνολογία όχι μόνο αυξάνει τις απαιτήσεις του εύρους ζώνης, αλλά μπορεί επίσης να οδηγήσει σε πολλές διεπαφές που χρησιμοποιούνται ταυτόχρονα. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η κατοχή τουλάχιστον ενός PIN GPIO μπορεί να είναι πολύτιμη για το μέλλον-ανθεκτικό στο συνολικό σχέδιο.

Στην αρχή, μια διασύνδεση 10/100 Mbps Ethernet με MII με βάση ένα ρολόι 25 MHz είχε 16 καρφίτσες που καθορίζονται. Στη συνέχεια, με την εμφάνιση της λειτουργίας μειωμένης MII (RMII), η συχνότητα του ρολογιού διπλασιάστηκε στα 50 MHz και ο αριθμός των ακίδων μειώθηκε σε 7. Δεδομένου ότι η απόδοση δεδομένων του MII και του RMII δεν είναι κατάλληλη για το Gigabit Ethernet, κερδίσαμε’T μεταφέρεται σε λεπτομέρειες σε αυτό το άρθρο για αυτούς τους δύο τύπους συσκευών, εκτός από την καταχώριση των ακίδων στο σχήμα 14 παρακάτω.

Το gigabit-mii (GMII) υποστηρίζει μέγιστες ταχύτητες 1 Gbps χρησιμοποιώντας ρυθμό ρολογιού 125 MHz, χρησιμοποιεί 25 ακίδες και είναι πλήρως συμβατή με την προδιαγραφή MII. Οι περιγραφές σήματος δίνονται στον Πίνακα 2 παρακάτω.

Πίνακας 2. Λίστα σήματος GMII

Όνομα σήματος	Περιγραφή σήματος	Σήμα Directi on
TXD [7..0]	Δεδομένα που πρόκειται να μεταδοθούν	MAC στο PHY	Πομπός
Gtxclk	Σήμα ρολογιού για 1 Gbps (125 MHz)	MAC στο PHY
Txclk	Σήμα ρολογιού για 10/100 Mbps (2.5/25 MHz)	MAC στο PHY
Txen	Ενεργοποίηση πομπού	MAC στο PHY
Txer	Σφάλμα πομπού (για να καταστρέψει σκόπιμα το πακέτο, εάν είναι απαραίτητο)	MAC στο PHY
RXD [7..0]	Ληφθέντα δεδομένα	PHY σε Mac	Δέκτης
Rxclk	Έλαβε το σήμα ρολογιού (ανακτήθηκε από τα ληφθέντα δεδομένα)	PHY σε Mac
Rxdv	Έγκυρο σήμα δεδομένων	PHY σε Mac
Rxer	Λήψη σφάλματος	PHY σε Mac
ΔΙΑΣΕΛΟ	Ανίχνευση σύγκρουσης μόνο για τη λειτουργία μισής διπλής όψης	PHY σε Mac
CS (CRS)	Carrier Sense μόνο για τη λειτουργία μισής αμφίδρομης	PHY σε Mac

Το μειωμένο-GMII (RGMII) είναι σχεδόν το πιο δημοφιλές Gigabit PHY στη διεπαφή MAC καθώς μειώνει τον αριθμό των σήματος κατά το ήμισυ σε σύγκριση με το GMII και είναι παρόμοιο με το MII/RMII. Για τις επικοινωνίες Gigabit, τα δεδομένα χρονομετρούνται τόσο στις πτώσης όσο και στις αυξανόμενες άκρες του ρολογιού 125 MHz, το οποίο έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση του αριθμού σήματος δεδομένων. Εάν απαιτείται συμβατότητα προς τα πίσω με την επικοινωνία 10/100 Mbps, τότε χρησιμοποιείται μόνο η ανερχόμενη άκρη για τη χρονική περίοδο δεδομένων. Εκτός από τη μείωση του σήματος δεδομένων, το μοντέλο RGMII Time-Multiplexes το σήμα Txen με το σήμα TXER στο TXCTL και το RXDV με το σήμα RXER στο RXCTL ενώ εξαλείφει τα σήματα COL και CRS. Χρησιμοποιούνται συνολικά 12 ακροδέκτες σήματος για το RGMII και οι περιγραφές σήματος δίδονται στον Πίνακα 3 παρακάτω.

Πίνακας 3. Λίστα σήματος RGMII

Όνομα σήματος	Περιγραφή σήματος	Κατεύθυνση σήματος
TXD [3..0]	Δεδομένα που πρόκειται να μεταδοθούν	MAC στο PHY	Πομπός
TXC	Μεταδίδει ρολόι 2.5 MHz για 10 Mbps 25 MHz για 100 Mbps 125 MHz για 1 Gbps (Double Edge)	MAC στο PHY
Txctl	Πολυπλεξία Txen και Txer Στην άνοδο του ρολογιού: Txen Στην άκρη του ρολογιού Falling: (Txen Xor Txer)	MAC στο PHY
RXD [3..0]	Ληφθέντα δεδομένα	PHY σε Mac	Δέκτης
Rxc	Λάβετε ρολόι 2.5 MHz για 10 Mbps 25 MHz για 100 Mbps 125 MHz για 1 Gbps (Double Edge)	PHY σε Mac
Rxctl	Πολυπλεξία RXDV και RXER Στην άνοδο του ρολογιού: RXDV Στην άκρη του ρολογιού Falling: (RXDV XOR RXER)	PHY σε Mac

Το σήμα TXC παρέχεται από το MAC και το PHY παρέχει το σήμα RXC. Και τα δύο είναι σήματα ρολογιού συγχρονισμένου προέλευσης και χρησιμοποιούν τόσο την πτώση όσο και τις αυξανόμενες άκρες του ρολογιού, γεγονός που κάνει το χρονοδιάγραμμα πιο κρίσιμο. Το πρότυπο RGMII απαιτεί την προσθήκη καθυστέρησης ρολογιού μεταξύ 1.5 NS και 2 NS τόσο για τα σήματα TXC όσο και για RXC για να διασφαλιστεί ότι τα έγκυρα σήματα δεδομένων υποβάλλονται σε επεξεργασία κατά την πτώση και την άνοδο των άκρων. Ευτυχώς, οι περισσότερες από τις συσκευές PHY και MAC υποστηρίζουν το RGMII-ID (RGMII-Internal Delay) και δεν απαιτείται περαιτέρω δράση εκτός από το να ενεργοποιήσετε αυτό το χαρακτηριστικό ID και να προσαρμόσετε το χρόνο καθυστέρησης. Ωστόσο, ο σχεδιαστής πρέπει να είναι 100% σίγουρος ότι τόσο το Mac όσο και το PHY υποστηρίζουν αυτήν την εσωτερική λειτουργία καθυστέρησης. Εάν δεν υποστηρίζεται από μία ή και τις δύο συσκευές, τότε η καθυστέρηση πρέπει να εφαρμοστεί ως μέρος της διάταξης PCB χρησιμοποιώντας σωστά σχεδιασμένες σερπεντίνες, όπως φαίνεται στο σχήμα 15 παρακάτω.

Ενώ εξετάζετε το σχήμα 15, η προσοχή σας μπορεί να τραβηχτεί σε ένα περίεργο σημείο: τα σήματα TX στην πλευρά MAC συνδέονται με τα σήματα TX στην πλευρά PHY. Αυτό οφείλεται στις συμβάσεις ονομασίας. Κάθε πομπός και δέκτης ονομάζεται σε σχέση με την πλευρά MAC, πράγμα που σημαίνει ότι τα σήματα στην πλευρά PHY που επισημαίνονται με TX και RX αντιστοιχούν στον δέκτη PHY και τον πομπό PHY, αντίστοιχα. Πάντα διπλασιάζετε τις συμβάσεις ονομασίας πριν σχεδιάσετε τη διάταξη Ethernet.

Οι παράλληλες τοπολογίες διαύλου με ένα άκρο χρειάζονται τερματισμό σειράς από την πλευρά του οδηγού για να ταιριάζει τόσο με την αντίσταση του οδηγού εξόδου όσο και τη χαρακτηριστική σύνθετη σύνθετη σύνθεση γραμμής, για να αποτρέψει τις αντανακλάσεις και τα προβλήματα EMI. Τα σήματα XMII πρέπει να είναι 50 ohms, single-end και τα σήματα TX πρέπει να είναι μήκος που ταιριάζουν με το TXC (TXCLK). Ομοίως, τα σήματα RX πρέπει να ταιριάζουν με το RXC (RXCLK). Οι σχεδιαστές θα πρέπει να ελέγχουν το φύλλο δεδομένων PHY και MAC για την παρουσία αντιστάσεων εσωτερικού τερματισμού και εάν δεν υπάρχουν, πρέπει να τοποθετηθούν στο σκάφος. Η τιμή αντίστασης θα είναι η διαφορά μεταξύ Z0 = 50 ohms και της σύνθετης αντίστασης της εξόδου του οδηγού γραμμής. Γενικά, οι τιμές μεταξύ 20 ohms και 40 ohms θα λειτουργούν, αλλά μπορεί να χρειαστούν κάποια δοκιμή και σφάλμα για να αποκτήσετε την καλύτερη απόδοση.

Το Serial GMII (SGMII) είναι μια αρκετά διαφορετική έννοια σε σύγκριση με τους άλλους τρόπους, καθώς είναι παρόμοια με ένα σειριακό/deserializer (Serdes), χρησιμοποιώντας ένα ζευγάρι TX, ένα ζεύγος RX και ένα ζεύγος αναφοράς. Η συχνότητα ρολογιού είναι 625 MHz DDR, η οποία είναι σχετικά υψηλή. Τα παράλληλα δεδομένα GMII κωδικοποιούνται, χρησιμοποιώντας τη μορφή 8b/10b, σε ζεύγη TX και RX. Το SGMII μειώνει τον αριθμό των ακίδων και αυξάνει την ταχύτητα, αλλά το μειονέκτημα είναι ότι η διάταξη είναι πιο περίπλοκη από ό, τι για τις μεθόδους XMII. Επιπλέον, τα περισσότερα από τα ενσωματωμένα mac gigabit που διατίθενται στην αγορά διαθέτουν μόνο υποστήριξη για τις διασυνδέσεις XMII. Εάν ο σχεδιασμός χρειάζεται μια διεπαφή 1 G+ Ethernet, τότε το SGMII είναι η μόνη επιλογή για τη σύνδεση PHY σε MAC.

Οι περισσότερες διεπαφές υψηλής ταχύτητας Serdes απαιτούν χωρητική σύζευξη για να αποτρέψουν τις αναντιστοιχίες τάσης κοινής λειτουργίας του δέκτη-μεταφοράς. Συνιστάται να έχετε τουλάχιστον θέσεις κράτησης θέσης για 100 πυκνωτές σειράς NF κοντά στην πλευρά TX των ζευγών SGMII, μαζί με παράλληλες αντιστάσεις τερματισμού σύμφωνα με την αντίσταση διαφορικού ζεύγους (συνήθως 100 ohms ή 150 ohms).

Εκτός από τις προαναφερθείσες διεπαφές XMII’ Count PIN, πρέπει να προστεθούν δύο σήματα για τη διεπαφή διαχείρισης MII (διεπαφή MIIM ή MDIO/MDC). Αυτή η διασύνδεση είναι παρόμοια με το λεωφορείο I2C και χρησιμοποιείται από συσκευές ανώτερου επιπέδου (όπως το MAC) για να αποκτήσει την κατάσταση PHY και να προγραμματίσει τους καταχωρητές PHY για να συντονίσουν τις μεταβλητές παραμέτρους χρόνου εκτέλεσης όπως οι ρυθμίσεις ρολογιού και οι ρουτίνες Fix-up. Το σήμα MDC είναι ένα ρολόι 25 MHz που παρέχεται από το MAC και το MDIO είναι ένα αμφίδρομο σήμα δεδομένων ανοικτής αποστράγγισης, οπότε το MDIO πρέπει να τραβηχτεί σύμφωνα με τον αριθμό κοινόχρηστων συσκευών PHY (γενικά χρειάζεται αντίσταση μεταξύ 1.5 k ohms και 10 kilohms). Εκτός από τον καθορισμό της διεπαφής σειριακής διαχείρισης (SMI) χρησιμοποιώντας τις ίδιες ακίδες, ορισμένοι κατασκευαστές χρησιμοποιούν επίσης εσωτερικά καρφίτσες MDC/MDIO για γεφύρωση στο I2C ή στο SPI για ευκολία χρήσης, ειδικά στους διακόπτες Ethernet.

Διακόπτες Ethernet

Αξίζει να σημειωθεί ότι μπορεί να μην χρειαστεί να προσθέσετε πολλαπλές συσκευές PHY και MAC Ethernet στο πλαίσιο του κυκλώματος, εκτός εάν υπάρχουν αυστηρές απαιτήσεις για τον φυσικό διαχωρισμό των διεπαφών. Οι διακόπτες PHY και/ή MAC πολλαπλών PHY και/ή MAC είναι ένας δημοφιλής τρόπος αύξησης του αριθμού διεπαφής Ethernet χρησιμοποιώντας μία συσκευή. Μερικοί διακόπτες έχουν μόνο διεπαφές PHY στον διακόπτη και μερικοί άλλοι συνδυάζουν τις διεπαφές PHY και MAC (XMII). Υπάρχουν πολλές εναλλακτικές λύσεις. Για παράδειγμα, το KSZ9897S είναι μια επιλογή που συνδυάζει ένα PHY 5-Port, ένα 1-port RGMII/GMII/MII και ένα 1-port SGMII μαζί (βλ. Εικόνα 18).

Είναι προφανές ότι εάν δεν σχεδιάζετε έναν καθαρό διακόπτη Ethernet που δρομολογεί άμεσα όλες τις διεπαφές PHY στον σύνδεσμο RJ-45, μπορεί να υπάρχει μια επιλογή για τη σύνδεση ενός άλλου PHY με το PHY Switch. Η βέλτιστη πρακτική είναι η χρήση μετασχηματιστών απομόνωσης για όλες τις διεπαφές PHY που βρίσκονται στον πίνακα, παρόμοια με τη λειτουργία σύνδεσης RJ-45. Ωστόσο, αυτή η μέθοδος είναι δαπανηρή και χρησιμοποιεί πολύ χώρο στο σκάφος. Υπάρχει η θεωρητική επιλογή για σύνδεση PHY σε PHY στο διοικητικό συμβούλιο, που ονομάζεται backplane ethernet που δεν απαιτεί μετασχηματιστές. Αντ ‘αυτού, όλα τα ζευγάρια συνδέονται χωρητικά χρησιμοποιώντας πυκνωτές της σειράς 100 NF. Παρόλο που δεν είναι εγγυημένο να λειτουργεί σε μεγάλες αποστάσεις, θεωρητικά, λειτουργεί πολύ καλά σε σχετικά μικρές αποστάσεις. Εάν το δοκιμάσετε αυτό, μην ξεχάσετε να προσθέσετε αντιστάσεις μεροληψίας μετά από τους πυκνωτές σύζευξης AC εάν, και μόνο εάν, ένα από τα PHY’Το S έχει πρόγραμμα οδήγησης γραμμής τρέχουσας λειτουργίας (βλ. Εικόνα 19).

Σκέψεις διάταξης για το Ethernet

Αφού διαβάσετε εκατοντάδες σελίδες φύλλων δεδομένων, έχετε ένα τέλεια σχεδιασμένο σχηματικό που πληροί όλες τις απαιτήσεις και τις προτάσεις που έχουν προτείνει οι κατασκευαστές – ωστόσο, όλη αυτή η προσπάθεια μπορεί εύκολα να καταστραφεί ή να υποβαθμιστεί η απόδοση λόγω των θεμελιωδών αποτυχιών διάταξης Ethernet. Για το σχεδιασμό μιας διασύνδεσης Gigabit Ethernet, υπάρχουν διαφορικά σήματα ελεγχόμενα με αντίσταση και σήματα μεμονωμένα, καθώς και ορισμένους περιορισμούς αντιστοίχισης μήκους και μέγιστου μήκους και μέγιστου μήκους. Τις περισσότερες φορές, αυτές οι απαιτήσεις πληρούνται αυτόματα από τη λογική τοποθέτηση των εξαρτημάτων, εκτός εάν ο σχεδιαστής προσπαθεί να παρακάμψει αυτήν την προσέγγιση. Το πρόβλημα είναι ότι εάν οι γενικοί κανόνες διάταξης ethernet δεν υπακούουν (όπως η μη χρήση στερεών επίπεδων αναφοράς για τα ιχνοστοιχεία που ελέγχουν την αντίσταση Ethernet), είναι σπατάλη προσπάθειας να ταιριάζουν αυστηρά τα ιχνοστοιχεία ή να τα κρατήσουν κάτω από τα όρια μέγιστου μήκους. Ως εκ τούτου, θα περιγράψουμε εν συντομία τους γενικούς κανόνες διάταξης υψηλής ταχύτητας πριν συζητηθούν οι συγκεκριμένες απαιτήσεις διάταξης Gigabit Ethernet για να παράσχουν θεμέλιο για τις πιο συγκεκριμένες απαιτήσεις.

Παροχή ηλεκτρικού ρεύματος

Η υψηλής ταχύτητας μεταγωγής ψηφιακών ICs απαιτούν μεταβατικά ρεύματα. Αυτά τα μεταβατικά ρεύματα θα πρέπει να παρέχονται χρησιμοποιώντας πυκνωτές παράκαμψης/αποσύνδεσης, αφού η παρασιτική σύνθετη αντίσταση του ιχνοστοιχείου PCB, μεταξύ του πείρου τροφοδοσίας και της σιδηροτροχιάς ισχύος, θα έχει ένα επαγωγικό συστατικό (που εξαρτάται από το πλάτος ίχνος) που αντιστέκεται στα μεταβατικά ρεύματα. Ο κύριος κανόνας είναι να τοποθετήσετε πυκνωτές παράκαμψης όσο το δυνατόν πιο κοντά σε όλες τις ακίδες τροφοδοσίας, με τουλάχιστον ένα πυκνωτή 10 NF και 100 NF για κάθε PIN.

Για τα διοικητικά συμβούλια πολλαπλών στρώσεων, υπάρχουν ξεχωριστά αεροσκάφη ισχύος και εδάφους, και έτσι οι Vias θα χρησιμοποιηθούν αναπόφευκτα στη διαδρομή που χρησιμοποιείται για την παροχή ενέργειας. Δεδομένου ότι τα VIA έχουν επίσης ένα επαγωγικό συστατικό, δεν πρέπει να χρησιμοποιείται η VIA μεταξύ ενός πυκνωτή παράκαμψης και του σχετικού πείρου τροφοδοσίας του. Αυτός ο κανόνας απεικονίζεται στο σχήμα 20 παρακάτω.

Επίπεδο αναφοράς

Ο βασικός κανόνας για όλα τα ηλεκτρονικά είναι ότι το ρεύμα που ρέει στο κύκλωμα Ethernet επιστρέφει πάντα στην πηγή του. Έτσι, πρέπει πάντα να υπάρχει μια διαδρομή επιστροφής για τα σήματα, και αυτή η διαδρομή επιστροφής θα σχηματίσει μια κεραία βρόχου με την εξερχόμενη διαδρομή σήματος. Εάν η περιοχή βρόχου διατηρείται μικρή, τότε δεν θα δημιουργηθούν προβλήματα EMI/EMC, αλλά αν για οποιονδήποτε λόγο η περιοχή βρόχου γίνεται μεγαλύτερη, τότε ο σχεδιαστής μπορεί να βρεθεί με σοβαρά θέματα EMI/EMC. Αυτά τα ζητήματα EMI/EMC ενδέχεται να υποβαθμίσουν σοβαρά την απόδοση της συσκευής σας με τρόπους που δεν περιμένετε και, τουλάχιστον, είναι πιθανό να σας προκαλέσουν να αποτύχετε τη δοκιμή EMC όταν αναζητάτε πιστοποιήσεις που απαιτούνται για να αγοράσουν/πωλούν το προϊόν σας.

Με βάση τόσο τη θεωρία όσο και τα πειραματικά στοιχεία για σήματα υψηλής ταχύτητας, η τρέχουσα διαδρομή επιστροφής θα ακολουθήσει το ίχνος στο στρώμα που βρίσκεται κάτω από αυτό. Με άλλα λόγια, είναι ένα επίπεδο αναφοράς. Η διατήρηση ενός στερεού επιπέδου αναφοράς κάτω από οποιαδήποτε δρομολόγηση σήματος υψηλής ταχύτητας θα ελαχιστοποιήσει την περιοχή βρόχου και θα αποτρέψει οποιαδήποτε ασυνέχεια αντίστασης. Εάν για οποιονδήποτε λόγο δημιουργούνται κενά αεροπλάνα κάτω από ένα ίχνος υψηλής ταχύτητας, οι πυκνωτές ραφής θα πρέπει να χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία μιας διαδρομής επιστροφής. Η χρήση πυκνωτών ραφής συνιστάται επίσης εάν το επίπεδο ισχύος είναι επίσης το επίπεδο αναφοράς για ένα σήμα υψηλής ταχύτητας που δημιουργεί μια διαδρομή επιστροφής στην πηγή της ρεύματος. Αυτοί οι κανόνες απεικονίζονται στο σχήμα 21 παρακάτω, παρουσιάζοντας κακές πρακτικές στα αριστερά και καλές πρακτικές στα δεξιά.

Στιβάζω

Για βελτιωμένη απόδοση EMI/EMC και για να διευκολύνει τη δρομολόγηση των ιχνών που ελέγχουν την αντίσταση, είναι καλή ιδέα να έχετε τουλάχιστον τέσσερα στρώματα (Ε (Ε (Ε.σολ., TOP – GURTE – POWER/GROUND – BOTHT). Αυτό δεν σημαίνει ότι είναι αδύνατο να χρησιμοποιήσετε ένα PCB δύο επιπέδων για μια διεπαφή Gigabit Ethernet. Εάν παρέχεται ένα στερεό επίπεδο αναφοράς για κρίσιμα σήματα, τα ίχνη φρουράς δρομολογούνται για σήματα MDI και, τέλος, εάν δεν υπάρχει απαίτηση για συμμόρφωση με EMI/EMC, τότε πιθανότατα θα λειτουργούσε σε εργαστηριακό πάγκο. Οι πίνακες δύο επιπέδων θα πρέπει πραγματικά να χρησιμοποιούνται μόνο για πειραματισμό και πρωτότυπα, ωστόσο, καθώς τα διοικητικά συμβούλια τεσσάρων στρωμάτων είναι μόνο ελαφρώς πιο ακριβά από ένα δύο στρώμα στους περισσότερους κατασκευαστές αυτές τις μέρες-τα οφέλη ενός πίνακα 4+ στρώσεων αξίζουν τα δευτερεύοντα πρόσθετα έξοδα.

Ιδιότητες και γεωμετρία ιχνών

Κάθε ίχνος στο PCB θα έχει μια χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση, υπολογιζόμενη σε σχέση με το επίπεδο αναφοράς του. Το Altium Designer έχει ενσωματωμένα εργαλεία υπολογισμού σύνθετης αντίστασης. Ωστόσο, για σήματα υψηλής ταχύτητας, υπάρχουν πολλά άλλα εργαλεία για να βοηθήσετε στην προσομοίωση της απόδοσης και στην επαλήθευση των υπολογισμών. Υπάρχουν πολλοί μαθηματικοί τύποι καθώς και διαθέσιμα εργαλεία υπολογισμού, όπως το “Εργαλείο PCB Saturn (δωρεάν)” και ένα εξουσιοδοτημένο εργαλείο που προσφέρει τα πολικά όργανα που μπορούν να εκτελέσουν αυτούς τους υπολογισμούς.

Το απαιτούμενο πλάτος ιχνοστοιχείου και η διηλεκτρική απόσταση μπορούν εύκολα να υπολογιστούν για την απαιτούμενη σύνθετη αντίσταση σύμφωνα με το PCB Stack-up. Σε γενικές γραμμές, η χρήση κάμψης 45 ° είναι προτιμότερη από τη χρήση κάμψης 90 °. Ταυτόχρονα, τα ίχνη, οι σερπεντίνες και τα ζεύγη είναι καλύτερα αν διαχωριστούν όσο το δυνατόν περισσότερο για να αποφευχθεί οποιαδήποτε διασταύρωση και να αυξήσουν την ασυλία τους για δυσλειτουργίες. Επίσης, πρέπει να αποφεύγεται η χρήση των stubs. Τέλος, για να αποφευχθεί η διασταύρωση μεταξύ των παρακείμενων στρωμάτων, πρέπει να αποφεύγεται οποιαδήποτε παράλληλη δρομολόγηση σήματος κατά μήκος των στρωμάτων, εκτός εάν υπάρχει στερεό επίπεδο μεταξύ τους. Αυτοί οι κανόνες απεικονίζονται στο σχήμα 22 παρακάτω, παρουσιάζοντας κακές πρακτικές στα αριστερά και καλές πρακτικές στα δεξιά.

Γραμμές μεταφοράς

Γνωρίζουμε ότι ένα έμπλαστρο μικροβιδίων και κεραίες υποδοχής έχουν σχεδιαστεί για να δημιουργούν ηλεκτρομαγνητικά πεδία για τη μετάδοση και την υποδοχή σκόπιμα. Ένα κακώς σχεδιασμένο PCB μπορεί επίσης να έχει ακούσια πολλές ακούσιες κεραίες που ακτινοβολούν σε διαφορετικές συχνότητες. Εάν το ίχνος είναι μια γραμμή μετάδοσης, τότε οι αντανακλάσεις μπορεί να είναι ένα πραγματικά μεγάλο πρόβλημα. Κατά την τοποθέτηση ιχνών, ο σχεδιαστής θα πρέπει να εκτιμήσει κατά προσέγγιση εάν το μήκος των ιχνών θα μπορούσε να λειτουργήσει ως κεραία και να μετατρέψει το διεξαχθεί σήμα σε ένα ακτινοβολούμενο σήμα και εάν απαιτείται αντίσταση τερματισμού για να αποτρέψει τυχόν αντανακλάσεις. Τα παρακάτω παραδείγματα, με βάση ορισμένους κανόνες, θα εξηγήσουν αυτά τα θέματα.

Πρώτον, σκεφτείτε το πρόβλημα της κεραίας. Τα υψηλότερα επίπεδα ακτινοβολίας λαμβάνονται εάν το μήκος ίχνους κεραίας είναι λ/4, λ/2 ή λ. Ωστόσο, εάν το μήκος είναι μικρότερο από το λ/20 της συχνότητας του φορέα, τότε δεν αναμένεται να παρατηρηθεί καμία επίδραση κεραίας. Κατά κανόνα, χρησιμοποιούμε ένα σχήμα λ/40 για το μέγιστο μήκος για να είναι στην ασφαλή πλευρά.

Το δεύτερο πρόβλημα προέρχεται από τον χρόνο αύξησης του σήματος, καθώς σχετίζεται άμεσα με το εύρος ζώνης. Όσο πιο έντονες είναι οι άκρες, τόσο υψηλότερο είναι το εύρος ζώνης. Για μια διαμόρφωση microstrip σε μια πλακέτα FR4, το σήμα ταξιδεύει με ταχύτητα 6.146 ps/mm. Σκεπτόμενος για ένα σήμα που έχει χρόνο αύξησης 340 ps, ​​το ίχνος μπορεί να είναι μη τερματισμένος εάν είναι μικρότερος από ένα μήκος (1/10)*(340/6.146) = 5.53 χιλιοστά. Είναι πάντα καλύτερο να έχετε αντίσταση τερματισμού, αλλά ένα μικρότερο ίχνος σημαίνει ότι δεν πρέπει να υπάρχουν προβλήματα με τις αντανακλάσεις και τα κύματα που στέκονται.

Δεδομένου ότι οι αρχές πίσω από το σχεδιασμό διάταξης κυκλώματος Ethernet Circuit υψηλής ταχύτητας είναι ένα τεράστιο θέμα, είναι σχεδόν αδύνατο να αγγίξουμε όλες τις πτυχές του σε αυτό το σύντομο άρθρο. Ακριβώς όπως αναφέρονται εν συντομία οι γενικοί κανόνες του Thumb.

Πίνακας 4. Απαιτήσεις διάταξης Gigabit Ethernet

Διεπαφή	Παράμετρος	Απαίτηση
MDI	Αντίσταση εντοπισμού	Διαφορική 100 Ω (95 Ω ± 15%)
MDI	Απαίτηση τερματισμού	Παράλληλος τερματισμός (100 Ω ή χωρισμένο 2 x 49.9 Ω)
MDI	Μέγιστη. Λοξός ενδοεπιχειρησιακός
MDI	Μέγιστη. Διασωματωμένος λοξός
MDI	Μέγιστη. Μήκος ιχνοστοιχείου μεταξύ PHY και μαγνητικής
MDI	Εορτασμός. Απόσταση ζεύγους	> 450 μ.μ
MDI	Μέγιστη. Επιτρέπεται μέσω	2 VIAS για όλα τα ίχνη MDI
XMII	Αντίσταση εντοπισμού	50 Ω Single (50 Ω ± 15%)
XMII	Απαίτηση τερματισμού	Τερματισμός σειράς (20 Ω έως 40 Ω σύμφωνα με την αντίσταση εξόδου του οδηγού)
XMII	Μέγιστη. Φορτίο δίσκου	35 PF – Αυτές οι εξόδους διεπαφής δεν έχουν σχεδιαστεί για να οδηγούν πολλαπλά φορτία, συνδετήρες ή καλώδια. Είναι καλύτερο αν χρησιμοποιούνται στο πλοίο.
XMII	Συνιστώμενο μέγιστο. Μήκος ιχνοστοιχείου	50 mm
XMII	Μέγιστη. Μήκος ιχνοστοιχείου	150 mm – Μόνο εάν τοποθετηθούν όλα τα ίχνη στα εσωτερικά στρώματα (δεν συνιστώνται)
XMII	Ανοχή αντιστοίχισης μήκους	10 mm – TX σήματα με σήματα TXC (TXCLK) και RX με RXC (RXCLK)

Εκτός από αυτούς τους συγκεκριμένους περιορισμούς, η διάταξη διακριτών μαγνητικών μπορεί επίσης να χρειαστεί ειδική φροντίδα. Θα πρέπει να δημιουργηθεί ξεχωριστό επίπεδο εδάφους για να παρέχει βελτιωμένη ασυλία ESD και EMI/EMC και θα πρέπει να διαχωρίζεται αυστηρά από όλα τα άλλα επίπεδα κατά τουλάχιστον 2 mm (βλ. Εικόνα 23).

συμπέρασμα

Ο σκοπός αυτού του άρθρου είναι να καθοδηγήσει κάθε σχεδιαστή που θέλει να προσθέσει τις διεπαφές Gigabit Ethernet Pinout στις πλακέτες του και προσπαθήσαμε να καλύψουμε όλες τις σημαντικές θεωρητικές πτυχές. Το blog του Altium Designer έχει πολλά άρθρα που βουτά σε μεγαλύτερο βάθος στη δρομολόγηση υψηλής ταχύτητας, στην αντιστοίχιση Ethernet και σε άλλα θέματα που σχετίζονται με την επιτυχή δρομολόγηση του Gigabit Ethernet και άλλων σημάτων κυκλώματος υψηλής ταχύτητας. Αυτός ο οδηγός θα πρέπει να σας παρέχει μια καλή βάση για το πώς ισχύουν ειδικά οι τεχνικές δρομολόγησης υψηλής ταχύτητας.

Καθώς εγώ’Προσπάθησε να παράσχει έναν καλό οδηγό για τα βασικά στοιχεία της επιτυχημένης δρομολόγησης Gigabit Ethernet, IT’είναι πάντα μια καλή ιδέα να ακολουθήσετε τη συνιστώμενη διάταξη και τις οδηγίες στο φύλλο δεδομένων του ICS με το οποίο εργάζεστε. Ως παρακολούθηση αυτού του άρθρου, εμείς’Θα εξετάσω τη δημιουργία κανόνων σχεδιασμού ειδικά για το Gigabit Ethernet. Έχοντας τους σωστούς κανόνες σχεδιασμού μπορεί να κάνει τη διαφορά μεταξύ μιας οδυνηρής δρομολόγησης και της απογοητευτικής εμπειρίας πρωτότυπων/δοκιμών και του Altium Designer που αναγκάζει το σχέδιό σας να είναι επιτυχής.

Η συνεργασία με το Gigabit Ethernet μπορεί να προκαλέσει την πρώτη σας φορά, ωστόσο όχι περισσότερο από οποιαδήποτε άλλη διασύνδεση κυκλώματος υψηλής ταχύτητας. Οι απαιτήσεις των υλοποιήσεων Gigabit Ethernet είναι ίσως οι πιο συγχωρούμενες όταν πρόκειται για διεπαφές υψηλής ταχύτητας. Χρησιμοποιώντας καλές πρακτικές διάταξης και δρομολόγησης, καθώς και να έχετε τον σωστό τερματισμό και άλλες επιλογές εξαρτημάτων στο σχήμα σας, ο σχεδιασμός σας είναι πιθανό να είναι εξαιρετικά επιτυχής. Χρησιμοποιώντας 4 ή περισσότερα στρώματα στην πλακέτα κυκλώματος Ethernet θα διευκολύνει σημαντικά τη δρομολόγηση του σχεδίου σας, αυξάνοντας την πιθανότητα επιτυχίας σας. Αυτό μπορεί επίσης να βοηθήσει να διασφαλίσετε ότι είστε σε θέση να ακολουθήσετε τα διάφορα συστήματα γείωσης στο Gigabit Ethernet.

Θα θέλατε να μάθετε περισσότερα για το πώς το Altium μπορεί να σας βοηθήσει με το επόμενο σχέδιο PCB σας? Περισσότερες ερωτήσεις σχετικά με τη διαφορική σύνθετη αντίσταση Ethernet? Μιλήστε με έναν εμπειρογνώμονα στο Altium.

Gigabit Ethernet Switch με τροφοδοτικό της ΕΕ – 4 -Port

Αυτός ο συμπαγής φορητός διακόπτης Gigabit Ethernet επιτρέπει την εύκολη επέκταση του δικτύου και μπορεί να τροφοδοτείται από μια θύρα USB.

• Δημιουργήστε ένα μικρό δίκτυο ή προσθέστε θύρες σε ένα υπάρχον δίκτυο.
• Μπορεί επίσης να τροφοδοτείται μέσω της θύρας USB ενός υπολογιστή, οπότε δεν υπάρχει λόγος να βρείτε μια εφεδρική έξοδο
• Τέσσερις αυτόματες θύρες 10-/100-/1000 mbps
• AutoneGotiating Half-/Full-duplex
• Λειτουργία αυτόματου MDI/MDI-X σε όλες τις θύρες, οπότε δεν χρειάζεται να καλύψουμε καλώδια
• Μη μπλοκαρίσματα, μέθοδος μεταγωγής αποθήκευσης και προώθησης
• Δείκτες LED εύκολα να δείτε.
• Εύκολη λειτουργία plug-and-play.
• Εγγύηση: Εγγύηση Double Diamond ™ 1 έτος (πρότυπο)

Το Black Box LGB304A είναι ένας συμπαγής διακόπτης Gigabit Ethernet με τέσσερις θύρες 10/100/1000 Mbps RJ45. Οι τυπικές εφαρμογές περιλαμβάνουν συνδεσιμότητα LAN για μικρές ομάδες εργασίας.

Ο διακόπτης είναι ιδανικός για κινητές ομάδες, όπως οι ελεγκτές που απαιτούν ένα μικρό, φορητό διακόπτη για την επέκταση των μετρήσεων θύρας. Ο διακόπτης μπορεί να τροφοδοτείται από μια θύρα USB ή από τον προσαρμογέα τροφοδοσίας που περιλαμβάνεται. Ο διακόπτης παραδίδει ρυθμό γραμμής, μη αποκλειστική απόδοση. Οι θύρες είναι αυτοθεραπεία μισό/πλήρες διπλό και περιλαμβάνουν δείκτες LED για προβολή κατάστασης θύρας. Αυτός ο μη διαχειριζόμενος διακόπτης είναι βύσμα και αναπαραγωγή και δεν απαιτεί καμία διαμόρφωση.

Φιλτράρισμα και πρόβλεψη –
10 Mbps: 14.880 PPS
100 Mbps: 148.800 PPS
1000 Mbps: 1.488.000 PPS
Διευθύνσεις MAC – 1K
Πρότυπα – IEEE 802.3 10Base-T, IEEE 802.3U 100BASE-TX, IEEE802.3AB 1000Base-T, IEEE802.3x έλεγχος ροής
Μέθοδος μεταγωγής-Αποθήκευση και προώθηση
Συνδέσμοι – (4) RJ-45, (1) Ισχύς
Δείκτες –
LED: ανά μονάδα: (1) ισχύς
Ανά θύρα: (1) Link/Act, (1) 1000m
Εξουσία – Από τη θύρα USB του υπολογιστή μέσω καλωδίου τροφοδοσίας (συμπεριλαμβάνεται) ή 100-240 VAC, 50-60 Hz εξωτερική τροφοδοσία (συμπεριλαμβάνεται)
Έξοδος: 5 VDC, 1.2 ενισχυτές, 6 watts max.
Μέγεθος – 2Η x 6.2W x 7.9d cm (0.8 “H x 2.4 “W x 3.1 “δ)
Βάρος – 0.2 kg (0.4 λίβρες.·