如何改进这种布局?(具有离散磁性和 POE 的千兆以太网)

电器工程 pcb设计 以太网 布局 磁学 路由
2022-01-20 14:36:25

回答:

不,布局没有什么大问题,事实证明,当与我们使用的 PHY IC 配对时,以太网变压器的插入损耗超出规格 0.2dB。

千兆以太网的 PCB 布线有什么明显的问题吗?

千兆以太网有许多设计限制,由于 PCB 上的组件布局,有时不可能遵循所有设计规则。这种设计需要执行千兆速度,并为 POE 供电。

它还必须通过 FCC EMC/EMI 和 ESD 测试

我已经阅读了几乎所有可用的应用说明(TI、Intel..etc)。据我所知,我已经尽我所能跟随他们。走线以差分对的形式布线,并采用最佳间距以防止串扰。每段最少使用 2 个过孔/短截线。它们尽可能对称,每对后磁匹配在 1.25mm 以内,前磁匹配在 2mm 以内。走线在底层布线,以避免作为参考跨越多个电源平面。

然而,这种设计提出了一些挑战,我缺乏经验,无法评估。即你什么时候选择违反设计规则,你能在多大程度上摆脱它。

具体来说

  1. RJ45 和 Magnetics 必须按原样定位。从 RJ45 到 Magnetics 的走线长度匹配在 2mm 以内,并且全部作为差分对铺设。但是有点混乱 - 这会导致 GBE 性能出现问题吗?
  2. 由于限制,磁性元件下方有两条中心抽头走线(对于 POE)——这会成为 EMI 问题吗?(应用说明建议避开磁性元件下方的区域)
  3. Post Magnetics 有两个特性需要警惕 - 一个晶体振荡器和一个变压器(在切口中),这可能会给信号增加噪声。如何避免这种情况?
  4. PHY 端的 VIA/Stub 是否以可接受的方式布局?

我缺少这种布局的明显缺点吗? GBE 和 POE 路由

RJ45 转磁性元件

2个回答

想到的事情:

  • 通常,您会将 PCB 走线建模为传输线,其顶部与底层具有完全相同的特性。因此,放置通孔的走线长度并没有太大区别。因此,与其让这些“看起来像鲣鸟”的过孔彼此相邻,我只需将它们偏移到足以让它们保持在你的走线中间
  • R51、C5 也可以在顶层
  • 我不知道您的 xtal 或 CPU 的频率,但千兆以太网的 125 Mbaud 可能不会给人留下太多印象 :) 但是,如果您对耦合感到紧张,您可能需要考虑经典的明星 -像多地平面架构。我不认为这在这里是必要的——千兆以太网网络 PHY 在 2016 年并不完全是最前沿的,所以即使有一些干扰,它们也应该可以工作。
  • 只看我看到的布局部分,我想说如果您将 PHY 旋转 90° 可能会更容易布线 - 但这可能会在 phy 的“处理器端”的复杂性出现时打破玩。
  • 我认为您的 RJ45 磁性布局还可以;我可能很懒惰,只是将变压器右半部分的两个差分对从连接器的引脚“向下”布线,而左半部分“向上”布线;但是,如果您应该仅从一侧访问磁垫(除非您在相邻的 RJ45 引脚之间安装两条迹线……),那将不会使您免于与另一对交叉的一对。拓扑并不总是你的朋友:/

注意:1GE 的波特率为 125 MBaud,即即使考虑前两个旁瓣,您也不必担心高于 375 MHz 的频率。使用FR4(具有特定的epsilon),以及许多接近公式的惰性,该频率的波长大致为15c0375 MHz=153108ms3.751081s4150.27 m=270 mm,所以 2mm 的走线长度差异只是 2.7° 相位误差......我认为你会没事的,即使有一点不雅的布线。

我提倡任何高速信号的单层路由。

GigE 轨道在磁性侧以地为参考,但在 PHY 侧以电源层为参考。为避免使用拼接电容器,您可以将磁体上的电源(清楚地连接到一些去耦器)移动到第 4 层,并简单地将 GigE 全部路由到第 1 层;没有通孔,就不会有不连续性,但参考层需要从磁性元件到 PHY 一直是实心的,这可能需要一些工作。

也就是说,单层布线还有另一个优点:阻抗控制板中两个不同层的阻抗永远不会匹配 100%这意味着即使使用拼接帽,在图层更改时也会有反射(不是很大,但它们会存在)。在典型的 PCB 上,2 个不同层的阻抗将相差 10% 左右,假设有完美的返回路径,反射系数将超过 9%。

或者,您可以将第 2 层上的区域接地,在第 1 层上存在通孔和以太网轨道,但您仍然需要缝合通孔以将参考层从第 3 层更改为第 2 层。

我拍了你的照片来展示他们会去哪里:

通过位置缝合

这不会改变你会有一些不连续性的事实,但它会将它保持在最低限度。缝合过孔提供参考层之间的短路径;如果它们不在那里,则返回路径将需要找到返回电流相遇的最近点 - 越远(达到一定限制),不连续性就越大。

一般来说,我尽量不要在磁性元件下放置任何东西,但由于你的轨道显然被接地层屏蔽,我认为这些没有什么大问题。