RGMII布线指导 RGMII Layout Guide

网络设备一定离不开MAC和PHY，有MAC和PHY的地方就有相应的接口，无论看得见或者看不见，它就在那里，不悲不喜。在以太网中，这个接口就是介质无关接口，英文称为Media Independent Interface，简称MII。MII适用于百兆网络设备，有个很大的缺点就是走线很多，于是就出现了RMII，即Reduced Media Independent Interface，在MII的基础上减少了一半的数据线。千兆以太网的诞生带来了GMII，即Gigabit Media Independent Interface，人们发现GMII的走线也很多，于是又出现了RGMII，即Reduced Gigabit Media Independent Interface，也就是本文的主角。当然还有串行的MII接口家族，请读者自行查阅相关文献。


Why RGMII？


有这么多形式的MII接口，为什么笔者偏要选择RGMII呢？原因简单而粗暴：用得多。随着芯片集成度的提高，很多网络处理器/SoC集成了百兆以太网交换机，如果用户需要实现千兆以太网络，那么往往需要配合RGMII接口的千兆以太网PHY。正旗通信小站中介绍的很多处理器都是这样的。


RGMII技术特征


如前所述，RGMII接口减少了MAC与PHY之间的走线数量，通过在参考时钟的上升/下降沿同时采样及信号复用得以实现。RGMII有RTBI与RGMII两种模式，由于笔者在工作中未接触过RTBI，所以不做介绍。RGMII具有如下特征：


相对于GMII接口，发送/接收数据线由8根减少为4根
TX_ER与TX_EN复用，通过TX_CTL传送
RX_ER与RX_DV复用，通过RX_CTL传送
1 Gbit/s速率下，时钟频率为125MHz
100 Mbit/s速率下，时钟频率为25MHz
10 Mbit/s速率下，时钟频率为2.5MHz
RGMII 1.3版本要求：通过PCB走线使得时钟相对数据线延迟1.5-2ns
RGMII 2.0版本引入了片上延迟的功能，即在芯片内部实现时钟延迟

RGMII信号定义

RGMII接口时序图

RGMII Layout Guide

有了前文的叙述，相信读者已经具备了RGMII Layout的思路，主要就是以下几项：

• 创建2个等长组，分别参考TXC与RXC
• 如果MAC/PHY内部带有时钟延迟，则无需对时钟线做延迟
• 如果MAC/PHY内部均不具备时钟延迟，则需要对时钟线做延迟

关于时钟线的延迟，以下几张图片可以很好地说明，分别对应PCB延迟，MAC+PHY延迟与PHY延迟。当然，选取那种方式取决于使用的MAC/PHY芯片。

RGMII在1 Gbit/s速率下的时钟频率可达125MHz，可想而知，RGMII Layout还需要遵守高速数字电路布线基本准则：

• 阻抗控制
• 2W/3W原则

注意，在射频与高速数字电路同时存在的设计中，不可能同时对射频走线及高速数字走线进行阻抗控制，这时请务必在RGMII所有走线上增加串联匹配电阻，摆放位置遵守源端匹配原则。

RGMII Layout实例

下图是笔者为朋友开发设计的多口PHY，通过排针连接到外部的MAC板。读者一定很好奇这个板子是干啥用的，其实笔者也不知道。

放大其中的一个，可以看到笔者在RGMII走线上增加的串联匹配电阻，绕线处理，仔细一点还可以看出走线间距（Air Gap）在2倍线宽以上。

查看Constrain Manager，可以看到RGMII走线规则的各种设定。

2W线距规则

等长规则

阻抗控制规则

其实，MII/RMII/GMII的Layout方式与RGMII很像，留给读者自行摸索。