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ABB SPSED01/SPHSS03

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SPSED01/SPHSS03

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　在嵌入式工控系统中，常用的是10Mbps/100Mbps网络接口。但是由于CPU快速的发展，1000Mbps网络也开始在嵌入式系统中使用。它们的通讯频率都是100BASE-TX标准：125MHz。英创公司的E***6802嵌入式主板，可以提供1000Mbps网络接口，符合1000BASE-T（IEEE802.3ab）标准。

 

　　对于10Mbps/100Mbps兼容网络，有2对差分信号线，TX（TX+、TX-）和RX（RX+、RX-），信号TX与RX是相互***的信号线。

 

　　对于英创公司提供的1000Mbps网络，可以向下兼容10Mbps/100Mbps网络，使用4对差分信号线，数据传输时，会使用全部4对差分信号线。所以对于PCB走线，要求更高。

 

　　然而不少的客户在对以太网端口进行布线设计时，并没有按照以太网信号的差分、阻抗要求进行设计，或者没有考虑网络端口的ESD相关问题，***终导致一部份设备会出现无法预期的异常，或出现损坏率很高的情况。

 

　　这篇文章会基于英创公司的嵌入式工控主板接口，简单描述网络接口设计时需要注意的地方，以提高产品的稳定与可靠性。

 

1、网络信号走线要求

 

　　同于网络通讯常用的UTP CAT5e网线，在1Mhz-100Mhz频率下，为100欧阻抗，所以为了得到更好的信号传输特性，PCB板上的每对差分信号线也需要设计/生产为100欧阻抗。例如，在E***ARC EVB V5.0中，每对网络差分信号线的线宽为7mil，线距为8mil，在PCB加工生产说明文档/邮件中，就提出阻抗要求：(线宽-线距-线宽)7mil-8mil-7mil，阻抗100欧。一般情况下，PCB厂家会根据你的要求，重新调整铜皮，使信号线的阻抗在要求值的+/-10以内，即可满足要求。

 

　　为了保证高频差分信号线上的信号相位差足够小，需要尽可能保证每一对差分信号线长一致，或控制***大线差长度。对于网络通讯信号线，将信号线***大长度差控制在+/-25mil以内即可。对于10Mbps/100Mbps网络，它的TX、RX通讯线是相对***的，所以可以分别控制它TX、RX差分线长度。对于1000Mbps网络，它的4对差分信号需要同时进行数据传输，所以对于1000Mbps网络接口的布线，不仅需要对每一对差分线的线长差进行控制，同时也要控制这4对差分线之间的线长差。每一对差分信号线的线距，要大于/等于每条信号线的线宽，以满足电路板的EMI要求。如E***ARC EVB V5.0中，网络信号线的线宽为7mil，差分线的线距为8mil。

 

　　以下，以E***ARC EVB V5.0评估底板为例，举例说明。

 

　　　　

　　　　　　　　　图1　　　　　　　　　　　　　　　　　　图2

 

　　图1是CN8-1 1000Mbps网络接口PCB走线，图2是CN8-2 10Mbps/1000Mbps网络接口PCB走线。从图上可以明显地知道，每一对差分信号线均严格按差分走线要求进行PCB走线。

 

图3

 

　　图3是1000Mbps网络接口（CN8-1 ）走线长度参数值。该参数可以从EDA工具中查找到。上图中的NET1_TX是1000M_D0，NET1_RX是1000M_D1，再加上通过信号跳线电阻后的1000M_D2、1000M_D3，共同组成1000Mbps网络接口的4对差分信号线。

 

　　在PCB设计走线时，1000M_D2、1000M_D3差分信号线与主板信号插针之间设计了跳线电阻，这之间还有约400mil的信号线长度，所以这4对差分信号线长度相差比较小，基本上能满足1000Mbps环境下的通讯要求。