今天跟大家分享一下以太網相關基礎知識。

以太網（Ethernet）是我們日常生活中最常見的網絡通信方式之一，廣泛應用于：

路由器、交換機——構建局域網（LAN）

電腦、服務器——高速數據傳輸

工業設備、智能家居——穩定可靠的通信

本文將分析以太網硬件設計，涵蓋MAC/PHY架構選擇、網絡變壓器作用、PCB布局走線要點，幫助大家優化設計，提高通信穩定性。

01 以太網電路硬件架構

以太網接口的硬件電路通常由以下部分組成：???? CPU（處理數據）???? MAC（媒體訪問控制層）???? PHY（物理層芯片）???? 網絡變壓器（信號隔離與增強）???? RJ45接口（物理連接）

隨著芯片集成度提高，設計方式也在不斷優化，以下是幾種常見方案對比：

MDIO總線接口，主要是完成CPU對于PHY芯片的寄存器配置；MII即媒體獨立接口，也叫介質無關接口。常見的有MII、RMII、GMII、RGMII等。“媒體獨立”表明在不對 MAC 硬件重新設計或替換的情況下，任何類型的 PHY 設備都可以正常工作。

對于上述四部分，并不一定都是獨立的芯片，主要有以下幾種情況：

PHY整合了大量的模擬硬件，而MAC是典型的全數字器件，芯片面積及模擬/數字混合架構的原因，是將MAC集成進微控制器而將PHY留在片外的原因。更靈活、密度更高的芯片技術已經可以實現MAC和PHY的單芯片整合；

結論：

• 方案2（CPU集成MAC+PHY + RJ45帶變壓器）最優，器件少、開發簡單。

02 關鍵元件解析：PHY、網絡變壓器、RJ45

1、PHY芯片：數字信號與模擬信號轉換的橋梁

• 作用：將MAC層的數字信號轉換為適合網線傳輸的模擬信號。

關鍵參數：

• 速率：10/100Mbps（百兆）、1000Mbps（千兆）
• 接口類型：MII/RMII/GMII（與MAC通信）
• 傳輸距離：千兆以太網支持最長100米的雙絞線傳輸
• 特殊功能：部分PHY芯片支持POE（以太網供電）

2、 網絡變壓器：信號隔離與增強

網絡變壓器（也叫以太網隔離變壓器）是保證通信穩定的關鍵，主要作用：電氣隔離——阻斷PHY與RJ45之間的直流分量，保護芯片；抑制共模干擾——減少外部電磁干擾（EMI）；阻抗匹配——優化信號傳輸質量。

3、RJ45接口：百兆 vs. 千兆

百兆（100BASE-TX）：僅使用 2對（4芯）雙絞線（Cat5或更高規格電纜中的1-2、3-6線對）：

1對（TX+、TX-）用于發送數據，

1對（RX+、RX-）用于接收數據，

其余2對未使用。

RJ45 插座 10M/100M 接口定義

• 千兆（1000BASE-T）：使用 全部4對（8芯）雙絞線（Cat5e或更高）：

以太網可以通過自動協商協議選擇工作模式，通常會自動選擇全雙工模式，但也可能回退到半雙工模式。

RJ45 插座 1000M 接口定義

03 PCB設計要點

1、整體布局

• 盡量靠近RJ45，縮短差分走線長度。
• 下方避免其它信號線，防止干擾。

2、差分線（TX/RX）走線規則

• 等長匹配（要求長度差≤5mil）。
• 阻抗控制（通常100Ω差分阻抗）。
• 避免銳角走線，減少信號反射。

3、網口與變壓器PCB設計要點

3.1、耐壓隔離

網絡變壓器中間隔離區需足夠寬，確保耐壓要求。

PHY與RJ45需分屬不同地平面，禁止跨平面布局或走線。

3.2、抗干擾處理

變壓器下方所有層挖空，避免底層銅箔引入噪聲。

3.3、差分線布線

優先走底層，遠離網口外殼接地層。

阻抗建議控制在100Ω±10%（非強制但推薦）。

3.4、外殼接地

網口金屬外殼接地線需加粗，確保低阻抗連接。

4、Bob Smith連接隔離繞組的中心抽頭有一個“Bob Smith”端接， 通過75?電阻和1000pF電容連接到機殼地，這個阻容的作用就不贅述了，感興趣可以自己在網上去查。

5、網口若帶LED指示燈，通常包含：

LED_LINK（連接指示燈）——顯示物理鏈路狀態，異常時可能是網線、端口或對端設備問題；LED_SPEED（速率指示燈）——顯示當前網絡速度，異常時可能因網線質量差或信號不良。

PCB設計要點：優先走差分線，LED信號線需避開并用地平面隔離。

6、晶振處理25MHz晶體下方應避免走其他信號線，并需進行完整的包地處理。由于以太網的25MHz時鐘一旦出現問題會帶來較大調試難度，因此必須確保晶振部分的包地處理完善可靠。

當然，本文旨在拋磚引玉，內容并不完全，篇幅有限，就寫到這里了，歡迎大家留言更正補充。