一、以太網
二、硬件設計
以太網接口硬件設計中，現在CPU集成度越來越高，都會集成MAC，而對於硬件設計來說，只需要外接PHY Transceiver IC即可實現以太網通信，而PHY芯片（以百兆為例）外圍電路基本如下所示：
RJ45連接器
ESD保護芯片
網絡變壓器
PHY Transciver
MAC Controller
晶體
電源
狀態指示燈
1、RJ45連接器
RJ是Registered Jack的縮寫，意思是“注冊的插座”。在FCC（美國聯邦通信委員會標准和規章）中RJ是描述公用電信網絡的接口，計算機網絡的RJ45是標准8位模塊化接口的俗稱。連接器由插頭（8P8C接頭，水晶頭）和插座組成。如下圖所示：
關於接頭引腳定義，目前存在兩種標准：T568A和T568B（最通用）。這兩者的主要區別是橙色和綠色雙絞線進行了交換，如下圖所示：
設計這兩種標准只是在線纜顏色上有所區別，目的是在線纜側實現交叉互連。網絡直通線常用於異種網絡之間的互連（比如計算機交換機之間），交叉線常用於同種網絡之間的互聯（比如計算機與之間）。不過現在PHY芯片大部分具有自動交叉（auto MDI-X）的能力,只需要直連即可。不同網絡速率及網絡介質下引腳作用也不相同，如下圖示意：
關於RJ45插座，也有很多分類。根據功能划分，內部有無集成變壓器，有無集成LED指示燈，根據外殼分類是否金屬或塑料，有無金屬彈片等，進行選型時需要清楚明了。
2、ESD保護芯片
在一些工業場景下環境惡略需要增添ESD保護器件，ESD器件一版放到靠近連接器位置，對於百兆以太網來說只需要4通道低結電電容器件，根據需要的靜電等級進行型號選型。
3、網絡變壓器
網絡變壓器作用是：
耦合差分信號，抗干擾能力更強
變壓器隔離網線端不同設備的不同電平，隔離直流信號
網絡變壓器一般是由差模線圈，變壓器以及中心抽頭組成。如下示意：
其中初級中心抽頭的接法需要根據PHY芯片來決定，電壓驅動的就要接電源，電流驅動直接接個電容到地即可，是具體還要參看芯片的datasheet和參考設計了。 還需要注意的是有的變壓器中間抽頭是獨立的有的是收發合並在一起的，設計的時候需要注意，為了防止初版硬件設計錯誤，可以兼容設計，如下所示：
變壓器次級中心抽頭使用Bob Smith電路來抑制共模噪音，利用75Ω和電容接地吸收共模能量，如上圖原理圖所示。
注意：有的RJ45 J已經內置了網絡變壓器，設計時特別注意下內部框圖是如何連接的。
關於PCB Layout時，需要注意：
PHY芯片，變壓器，連接器Trace需要做100Ω±10%阻抗設計，走線盡量短
差分對做等長設計，偏差小於0.5mm
避免分支
差分對走線參考平面完整
4、PHY Transceiver
作為以太網外圍電路的核心器件，需要根據實際應用來選擇合適的PHY芯片，基本選型指標如下：
10/100/1000Mbps
接口類型MII/RMII/GMII/RGMII/SGMII
支持單端口/雙端口
光纖/電口 PHY
供電電壓及工作溫度
根據指標選擇芯片制造廠商PHY芯片，根據datasheet以及參考手冊進行設計。常見的PHY芯片廠商：
1）TI-PHY
2）MicroChip-PHY
3）Marvell-PHY
4）Realtek-PHY
5、MAC Controller
MAC端需要注意的就是使用什么接口，常見的MII/RMII/GMII/RGMII。
MII接口：
MDIO一般上拉1.5KΩ電阻
信號線需要串聯電阻一般為10Ω，發送端靠近MAC，接收端靠近PHY
MII信號線單端對地阻抗應設計為50Ω±10%
TXD[3:0],TXCLK,TXEN,TXERR保證等長設計
RXD[3:0],RXCLK,RXDV,RXERR保證等長設計
信號線走線避免分層
時鍾線包地處理
RMII:
50MHz外部時鍾
走線規則同MII
不使用的IO可以當作GPIO使用，有的也當作復用信號，詳細參考datasheet
6、晶體
晶體可以使用無源晶體以及有源晶振，50MHz應用中應使用有源晶振。需要保證晶體如下規格：
使用無源晶體時：
晶體電路靠近芯片
時鍾信號原理電源以及干擾信號
時鍾信號包地處理
使用有源晶振時：
需要外接供電
XCLK1不連接
走線規則參考無源晶體
7、供電
根據PHY芯片Datasheet進行設計，如下參考：
主電源上使用磁珠（Murata BLM21AG121SH1），去耦電容（10uF+100nF）組合
數字電源使用100nF濾波
8、狀態指示燈
狀態指示燈代表了網絡連接速率狀態，LED亮滅狀態是由PHY芯片控制，沒有標准定義，具體參考PHY Datasheet。
三、測試
1、測試工具
測試離不開工具的使用，如下：
- Tektronix DSA71254B 示波器
- Tektronix 3.5GHz 差分探頭(型號P7330)
- 示波器自帶夾具（TC6）
2、測試夾具
測試夾具連接示意如下：
3、測試項目
- 模板（template）：要求Active Output Interface (AOI) transmitting scrambled Halt
Line State 必須在模板內 - 差模輸出電壓（differential output voltage）：沿漂移應在950mv~1050mv 內
- 振幅對稱度（Signal Amplitude Symmetry）：0.98～1.02
- 升降時間（rise and fall time）：AOI 的升降時間應在3.0ns~5.0ns 范圍（以電壓的
10%~90%區間定義）。所有測量值的差異應不小於0.5ns - 波形的過沖（waveform overshoot）：:過沖是相對於Vout 的百分漂移，不能超過
5% - 抖動（jitter）：the peak-to-peak jitter should not exceed 1.4 ns
- 占空比失真（duty cycle distortion）：在輸出波形沿跳變的50%電壓點測量
- 回波損耗（return loss）
這些測試一般都是特定的case，儀表都可以自動化完成測試。還需要測試：
- 時鍾頻率波形
- 電源供電波形
4、功能測試
4.1、Ping測試
與PC連接，配置好網段IP，進行Ping測試，如下示意：
4.2吞吐量測試
吞吐量測試一般都是跑iperf測試，windows電腦端可以下載JPerf軟件。一端當client，另一端當server，進行吞吐量測試，如下示意：
client:
server：
4.3、抓包工具
網口進行數據分析時，需要使用抓包工具，一般使用Wireshark軟件，如下示意：
4.4、EMI測試
MII信號對於通過RE測試至關重要，速率越高對應的輻射也就越高。測試表格如下示意：
4.5、ESD測試
測試標准：IEC61000-4-2 Level 4, Criterion B
四、參考資料