以太網(wǎng)接口硬件知識

硬件電子工程師

以太網(wǎng)口是我們?nèi)粘９こ讨谐Ｓ玫耐ㄐ沤涌�，以太網(wǎng)接口有很多種，本文將對常用以太網(wǎng)接口進(jìn)行科普介紹。
1、GMII接口1.1 GMII接口概述GMII接口屬于源同步時鐘類型（時鐘與數(shù)據(jù)都是由同一芯片驅(qū)動），時鐘速率125MHz，接口連接關(guān)系如圖1所示，22根線，其中TX_EN, TX_ER, TXD這些信號同步于TX_CLK；RX_DV, RX_ER,

" O& s& \5 @) j  d圖1 GMII接口原理框圖
2 G: f' {2 @/ H4 Q5 i& k$ M; sRXD這些信號同步于RX_CLK。其它的兩個信號CRS, COL只用于半雙工模式，一般設(shè)計(jì)中不會用到，而且這兩個信號與時鐘是異步的，對這兩個信號不做要求。各信號說明見表1。
, {, q2 ^+ c. e8 \) j0 v7 H0 {表1 UTOPIA LEVEL 2接口信號說明

信號名稱	信號說明   K2 H$ X0 B2 u3 Z* f9 h
TX_CLK ( q3 S- Y, i- ]: H	發(fā)送方向時鐘信號
TX_EN - ^- z$ D; f* q. K4 z	發(fā)送方向使能信號 # L/ V, J$ M% X% ~6 |% Y
TX_ER	發(fā)送方向錯誤指示信號 2 ^0 N( @# \6 H) K3 K
TXD # P$ i# E. o( o	發(fā)送方向數(shù)據(jù)信號   C6 b1 m& ]& U+ Q
RX_CLK # t* s2 l  p" H	接收方向時鐘信號
RX_DV	接收方向使能信號 . y- T- S) _" t; m3 N  l4 I2 q1 ^
RX_ER ; j3 j  B6 q5 e9 E	接收方向錯誤指示信號
RXD	接收方向數(shù)據(jù)信號 ' ^. k9 b3 E" R+ |. l) l
COL	碰撞指示信號 * a5 D# S# @/ `, f$ ]. p; h+ k$ w
CRS / |. i7 G/ f/ {8 C	載荷檢測信號 / o! o, F1 R7 D3 Z, `9 H& V' k4 k) _

1.2 設(shè)計(jì)原則1、要求同方向的時鐘數(shù)據(jù)嚴(yán)格等長，即TX_EN, TX_ER, TXD這些控制/數(shù)據(jù)信號與TX_CLK等長；RX_DV, RX_ER, RXD這些控制/數(shù)據(jù)信號與RX_CLK等長。一般設(shè)計(jì)中，要求控制/數(shù)據(jù)信號與時鐘信號的長度差不大于1cm（約0.1ns）。
2、要求信號的發(fā)送端（包括時鐘/數(shù)據(jù)/控制信號）串接33歐姆電阻以減小反射，提高信號完整性。
5 ?% C- S2 e4 ^3 O# Q. L3、信號走線中要注意保持阻抗的連續(xù)性，盡量減少過孔數(shù)量（一般過孔數(shù)量在3個以內(nèi)）
: W# ?5 w2 H- l5 C  Z- j6 x; b  D4、因信號線較多，在布局允許情況下，PHY與MAC盡量靠近，減小高速信號受的串?dāng)_。
& P9 i4 |0 e2 y8 Q2、RGMII接口概述2.1 RGMII接口概述RGMII屬于源同步時鐘類型，最初是由HP制定的一個GMII精簡版專利標(biāo)準(zhǔn)，得到各大主流廠家的認(rèn)可，成為一個普遍應(yīng)用的關(guān)于xMII系列接口的標(biāo)準(zhǔn)。RGMII經(jīng)歷了1.0\1.1\1.2\1.2a\1.3\2.0幾個版本。從2.0版本開始支持HSTL，之前的版本支持2.5V CMOS。
TXC/RXC時鐘頻率支持125MHz，25MHz,2.5MHz，可以適配1000M,100M,10M速率。在時鐘的上升沿和下降沿均進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，相比GMII接口，數(shù)據(jù)信號線收發(fā)方向各減半變?yōu)?根，信號線總共有12根。如圖2和表2說明。

/ l7 d$ n  M( l5 P9 r0 j7 Z圖2 RGMII接口原理框圖
表2 RGMII接口信號說明

信號	方向	說明
TXC # W) h$ J" z6 p9 o3 [	MAC-->PHY	發(fā)送時鐘信號 + Q0 v6 D2 M+ T" N
TX[3:0] * ]% W1 m5 k: X) M. |3 z	MAC-->PHY ( X7 {5 V' B3 s0 \7 P$ y	發(fā)送數(shù)據(jù)信號
TX_CTL	MAC-->PHY	發(fā)送控制信號
RXC 2 I0 f* B' K8 W) Y( ~$ ?	MAC	接收時鐘信號
RX[3:0] # Q* {9 c1 d! C* h  ^; n	MAC	接收數(shù)據(jù)信號
RX_CTL 3 _, Y7 P: O; H  g) `- T% L4 e	MAC	接收控制信號 $ |! x2 x. k2 d' m

2.2 設(shè)計(jì)原則1、要求同方向的時鐘數(shù)據(jù)嚴(yán)格等長，即TX_CTL，TXD這些控制/數(shù)據(jù)信號與TXC等長；RX_CTL，RXD這些控制/數(shù)據(jù)信號與RXC等長。一般設(shè)計(jì)中，要求控制/數(shù)據(jù)信號與時鐘信號的長度差不大于0.5cm（約0.05ns）。
2、要求信號的發(fā)送端（包括時鐘/數(shù)據(jù)/控制信號）串接33歐姆電阻以減小反射，提高信號完整性。
3、信號走線中要注意保持阻抗的連續(xù)性，盡量減少過孔數(shù)量（一般過孔數(shù)量在3個以內(nèi)）。
0 O" |, x* c, w/ v4、因信號線較多，在布局允許情況下，PHY與MAC盡量靠近，減小高速信號受的串?dāng)_，線長最好小于4000mil。
3、SS_SMII接口3.1 SS_SMII 接口概述SS_SMII（又叫S3MII）接口屬于源同步時鐘類型，接口原理框圖如圖3所示，時鐘速率125M Hz；信號與時鐘間的關(guān)系等同于GMII。

! H) Z$ {1 {- l0 M) j' c% Q6 [圖3 S3MII接口原理框圖
* \$ n- O1 ~* _" h3.2 SS_SMII接口設(shè)計(jì)原則1、要求TX_SYNC, TXD信號與TX_CLK等長；RX_SYNC, RXD信號與RX_CLK等長。一般設(shè)計(jì)中，要求控制/數(shù)據(jù)信號與時鐘信號的長度差不大于1cm（約0.1ns）。
2、要求信號的發(fā)送端（包括時鐘/數(shù)據(jù)/控制信號）串接33歐姆電阻以減小反射，提高信號完整性。
# ]+ Y$ r: C/ G3 w" ]5 c3、信號走線中要注意保持阻抗的連續(xù)性，盡量減少過孔數(shù)量（一般過孔數(shù)量在3個以內(nèi)）。
4、在時間允許的情況下，盡量對接口進(jìn)行仿真。
4、SMII接口4.1 SMII接口概述SMII接口公共時鐘模型（兩端芯片的時鐘來自共同的時鐘BUFFER），時鐘速率125M Hz，接口原理框圖如圖4所示；并不要求數(shù)據(jù)線與時鐘等長。
/ m1 w( S" v/ i6 E6 j/ ^4.2 SMII接口設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)時可以先考慮使REFCLK1, REFCLK2等長。
$ C$ X4 F8 O) C, {[/ol]
+ P6 T5 d! O" W7 L. y
圖4 SMII接口原理框圖
- L! {5 s# l/ |/ Y: l3 Y; j2、要求SYNC，TXD，RXD這幾個信號走線盡量短；（從芯片資料理論上看出這些線
的最大長度為1.5ns，21cm；但由于芯片差異性較大，因此實(shí)際布線中盡量走短）。
. e/ u% L" @* I3 L要求信號的發(fā)送端（包括時鐘/數(shù)據(jù)/控制信號）串接33歐姆電阻以減小反射，提高信號完整性；
6 U7 b! W. e3 ?  @0 T信號走線中要注意保持阻抗的連續(xù)性，盡量減少過孔數(shù)量（一般過孔數(shù)量在3個以內(nèi)）。
  y! @: H" j4 `2 {  |8 }6 H[/ol]5、RMII接口5.1 RMII接口概述RMII接口屬于公共時鐘傳輸模型，時鐘速率50M Hz；并不要求數(shù)據(jù)線與時鐘等長。圖5所示為RMII接口的原理框圖。

圖5 RMII接口原理框圖
, @1 I- k' j7 p$ A5.2 RMII接口設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)時可以先考慮使REFCLK1, REFCLK2等長。
" ~8 D/ }. T; v要求其它的數(shù)據(jù)/控制信號走線盡量短；（RMII規(guī)范規(guī)定信號的驅(qū)動能力在包含負(fù)載輸入電容情況下不小于12inch，也就是30cm；但由于芯片差異，實(shí)際布線情況下盡量短）。
% @# I6 a* f8 O3 L要求信號的發(fā)送端（包括時鐘/數(shù)據(jù)/控制信號）串接33歐姆電阻以減小反射，提高信號完整性。
[/ol]6、MII接口MII接口屬于公共時鐘傳輸模型，時鐘頻率25M（100M以太網(wǎng)）或2.5M（10M以太網(wǎng)）。兩個時鐘都是由Phy發(fā)送給MAC的。接口框圖如圖6所示。另外，該接口的其它兩個信號CRS、COL是異步信號，無特殊要求，故不在此圖中畫出。
對于MII信號，由于信號速率較低，因此在布線上無特殊要求，只要求Phy與MAC離的不要太遠(yuǎn)就可以了。

圖6 MII接口原理框圖