数字电路硬件设计系列（十五）之以太网电路设计

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1 简介

以太网在平时的生活中，也是随处可见的。以太网接口电路主要分为两个部分：媒体访问控制器、物理层接口两部分组成。

以太网主要可以分为四类：分别是标准以太网、快速以太网、千兆以太网、万兆以太网。

类型	说明
标准以太网	传输速率为10Mbps
快速以太网	传输速率为100Mbps
千兆以太网	传输速率为1000Mbps
万兆以太网	传输速率为10000Mbps

2 以太网电路分析

以太网通信通常由三个部分组成，分别为MAC控制器、媒体访问控制层PHY、物理层接口两部分组成。MAC控制器可以由FPGA的实现，且媒体访问控制层PHY可以与MAC控制器集成到一起，也可以独立开，

2.1 PHY芯片

所谓的PHY芯片，即物理层接口收发器，是一个AD/DA电路。

• 数据发送：属于DAC电路，PHY芯片将并行数据转换为串行数据。

• 数据接收：属于ADC电路，PHY芯片将串行数据转换为并行数据。

2.2 网络变压器

根据PHY的类型不同，中心抽头的连接方式也不同：

• 电流型驱动PHY：中心抽头连接VCC（PHY的电源电压），详情见下图：

• 电压型驱动PHY：中心抽头接对地电容，详情见下图：

2.3 LED指示灯

RJ45的指示灯有两个，其中一个代表连接状态指示灯，一个代表信号传输指示灯。

具体的意义如下：

• 绿灯：连接指示灯绿色常亮，表示连接成功，否则表示连接失败。

• 黄灯：信号指示灯黄色闪烁，表示有信号传输，否则表示无信号传输。

2.4 POE供电

POE（Power Over Ethernet）是指在现有的以太网Cat.5布线基础架构不作任何改动的情况下，在为一些基于IP的终端（如IP电话机、无线局域网接入点AP、网络摄像机）传输数据信号的同时，还能为此类设备提供直流供电的技术。一个完整的POE系统，包括供电端设备（PSE, Power Sourcing Equipment）和受电端设备（PD, Powered Device）。

• 中间跨接法

使用以太网电缆中没有被使用的空闲线对来传输直流电。

• 末端跨接法

在传输数据所用的芯线上同时传输直流电,其输电采用与以太网数据信号不同的频率。

3 硬件电路设计

3.1 案例 1

• 电路实战

百兆以太网有两组差分信号，千兆以太网主要有四组差分信号，千兆以太网的具体电路见下图：

• 引脚说明

百兆以太网的RJ45的引脚见下：

	编号	引脚名称	功能说明
	PIN 1	TX+	发送数据+
	PIN 2	TX-	发送数据-
	PIN 3	RX+	接收数据+
	PIN 4	NC	保留
	PIN 5	NC	保留
	PIN 6	RX-	接收数据-
	PIN 7	NC	保留
	PIN 8	NC	保留

千兆以太网的RJ45的引脚见下：

	编号	引脚名称	功能说明
	PIN 1	TX+	发送数据+
	PIN 2	TX-	发送数据-
	PIN 3	RX+	接收数据+
	PIN 4	D3+	双向数据+
	PIN 5	D3-	双向数据-
	PIN 6	RX-	接收数据-
	PIN 7	D4+	双向数据+
	PIN 8	D4-	双向数据-

3.2 案例2

本案例带PHY芯片，具体的电路如下：