Gigabit Ethernet anahtarını kullanırken ekstra Ethernet kablolarına ihtiyacım var mı
Özet:
Gigabit Ethernet Switch, bir Yerel Alan Ağı (LAN) oluşturmak için birden çok cihazın birbirine bağlanmasını sağlayan bir ağ cihazıdır. Gigabit Ethernet anahtarı kullanırken, ekstra Ethernet kablolarına sahip olmanız gerekip gerekmediğini merak edebilirsiniz. Cevap, özel kurulumunuza ve gereksinimlerinize bağlıdır.
Anahtar noktaları:
1. Seçilen PHY’nin ürün sayfasını kontrol edin: Ekstra Ethernet kablolarına ihtiyacınız olup olmadığını belirlemeden önce, tasarımınızda seçilen PHY’nin (fiziksel katman) ürün sayfasını kontrol etmek önemlidir. Örneğin, KSZ9131 PHY’nin farklı arayüzlere sahip KSZ9131MNX ve KSZ9131RNX olmak üzere iki seçeneği vardır.
2. Arayüz uyumluluğu: Seçtiğiniz Mac (Medya Erişim Denetimi) yalnızca RGMII (azaltılmış Gigabit Media Independent Arayüzü) arayüzünü destekliyorsa, KSZ9131MNX uyumlu olmaz. Mac arayüzünüzü eşleştiren doğru phy’yi seçmek çok önemlidir.
3. MDI tarafı: PHY ve kablo arasındaki bağlantıya atıfta bulunan MDI (Medya Bağımlı Arayüz) tarafı, doğru Phy’yi seçerken de dikkate alınmalıdır. Gereksinimlerinize göre fiber ve bakır kablo arayüzleri arasında seçim yapmanız gerekir.
4. Otomatik MDI-X özelliği: Çoğu modern yönlendirici, hub ve anahtarlar, bir kablo bağlandıktan sonra otomatik olarak uygun yapılandırmaya geçen otomatik MDI-X özelliğini destekledi. Bu, 1000Base-T iletişimi için crossover kablolarına olan ihtiyacı ortadan kaldırır.
5. Kablo Kategorileri: Gigabit Ethernet bağlantıları için, Cat5E ve Cat6 kabloları yaygın olarak kullanılır. Bu kablolar, Gigabit Ethernet iletimi için gereken yüksek veri hızlarını destekleyebilir.
6. Düz kablolar: Bir tutamda, istemci ve sunucu sistemleri arasında düz bir kablo kullanabilirsiniz. Tüm 1Gig ve 10Gig cihazları, CAT5E ve CAT6 kablolarını kullanarak otomatik olarak doğru bağlantılara ayarlanacak.
Sorular:
1. Gigabit Ethernet anahtarı nedir?
Gigabit Ethernet anahtarı, bir LAN oluşturmak için birden fazla cihazın birbirine bağlanmasını sağlayan bir ağ cihazıdır.
2. Gigabit Ethernet anahtarı kullanırken ekstra ethernet kablolarına ihtiyacım olup olmadığını nasıl anlarım?
Ekstra Ethernet kablolarına duyulan ihtiyaç, özel kurulumunuza ve gereksinimlerinize bağlıdır. Seçilen PHY’nin ürün sayfasını kontrol etmek ve arayüz uyumluluğu ve MDI tarafını düşünmek önemlidir.
3. KSZ9131MNX ve KSZ9131RNX arasındaki fark nedir?
KSZ9131MNX ve KSZ9131RNX, her biri farklı arayüzlere sahip KSZ9131 PHY’nin seçenekleridir. Birincisi GMII/MII’yi desteklerken, ikincisi yalnızca RGMII’yi destekler.
4. Seçilen Mac’imde yalnızca RGMII Arabirimi varsa KSZ9131MNX kullanabilir miyim?
Hayır, seçtiğiniz Mac’iniz yalnızca RGMII arabirimini destekliyorsa, KSZ9131MNX doğru seçim olmaz. Mac arayüzünüzü eşleştiren doğru phy’yi seçmeniz gerekir.
5. 1000base-t iletişimi için crossover kablolara ihtiyacım var mı?
Hayır, çoğu modern yönlendirici, hub ve anahtarlar, 1000base-t iletişimi için crossover kablolarına olan ihtiyacı ortadan kaldıran Auto MDI-X özelliğini destekliyor.
6. Gigabit Ethernet bağlantıları için yaygın olarak hangi kablo kategorileri kullanılır?
Gigabit Ethernet bağlantıları için, Cat5E ve Cat6 kabloları, Gigabit Ethernet iletimi için gereken yüksek veri hızlarını destekleyebileceğinden yaygın olarak kullanılır.
7. Ekstra Ethernet kablolarım yoksa bir tutamda ne kullanabilirim?
Ekstra Ethernet kablolarınız yoksa, istemci ve sunucu sistemleri arasında düz bir kablo kullanabilirsiniz. Tüm 1Gig ve 10Gig cihazları, CAT5E ve CAT6 kablolarını kullanarak otomatik olarak doğru bağlantılara ayarlanacak.
8. Otomatik MDI-X özelliği nedir?
Otomatik MDI-X özelliği çoğu modern yönlendirici, hub ve anahtarlar tarafından desteklenmektedir. Bir kablo bağlandıktan sonra cihazların otomatik olarak uygun yapılandırmaya geçmesini sağlar ve 1000Base-T iletişimi için geçiş kablolarına olan ihtiyacı ortadan kaldırır.
9. Gigabit Ethernet için Bakır Kablolar yerine Fiber Kablolar kullanabilir miyim?
Evet, gereksinimlerinize göre fiber ve bakır kablo arayüzleri arasında seçim yapabilirsiniz. Fiber optik kablolar, 10 gbit/s’den fazla iletişim bant genişliği elde edebilir.
10. Gigabit Ethernet’te bant genişliği için teorik maksimum rakamlar nelerdir?
Gigabit Ethernet 1000 Mbps (1 Gbps) hızları elde edebilir. Bununla birlikte, pratik verim, kontrolör ve/veya işlemci hızı ve PCB yönlendirme hususları gibi faktörlerle sınırlı olabilir.
11. Gigabit Ethernet için PCB Düzeni ve Yönlendirme Hususlarını Gözetlemeliyim?
Evet, PCB düzeni ve yönlendirme düşünceleri Gigabit Ethernet uygulaması için önemlidir. Güvenilir performansı sağlamak için karışma, empedans uyumsuzluğu ve maksimum iz uzunluğu gibi faktörler dikkate alınmalıdır.
12. Gigabit Ethernet’i uygulamak için herhangi bir kaynak var mı?
Bu makaleyi Gigabit Ethernet’i uygulamak için bir kaynak olarak başvurabilirsiniz. Ayrıca, GitHub’da Microchip KSZ9131RNX GIGABIT Ethernet alıcı -verici Phy’yi uygulamak için örnek şemalar vardır.
13. Gigabit Ethernet bağlamında phy nedir?
Phy fiziksel katmanı temsil eder ve Ethernet alıcı -verici ile kablo arasındaki fiziksel arayüzü ifade eder. Veri sinyallerini iletmek ve almaktan sorumludur.
14. Gigabit Ethernet’in uygulanmasında bazı zorluklar nelerdir??
Gigabit Ethernet’in uygulanmasında bazı zorluklar arasında empedans kontrolü, PCB yönlendirme hususları ve PHY ve MAC arayüzleri arasındaki uyumluluğun sağlanması yer alıyor.
15. Gigabit Ethernet anahtarı kullanmanın avantajları nelerdir??
Bir Gigabit Ethernet anahtarı, bir ağdaki birden çok cihaz arasında yüksek hızlı veri aktarımına izin verir. Ağ performansını artırabilir, ağ tıkanıklığını azaltabilir ve daha iyi bant genişliği tahsisi sağlayabilir.
Gigabit Ethernet anahtarını kullanırken ekstra Ethernet kablolarına ihtiyacım var mı
Bu noktayı göstermek için, KSZ9131 olan tasarım örneğinde seçilen PHY’nin ürün sayfasını kontrol etmelisiniz. KSZ9131MNX ve KSZ9131RNX olmak üzere iki seçenek var. Önceki seçenek GMII/MII’yi desteklerken, ikincisi yalnızca RGMII’yi destekler. Seçilen Mac’in yalnızca RGMII arabirimi varsa, KSZ9131MNX yanlış seçim olur. MDI tarafından bahsetmeye gerek yoktur, çünkü bu, fiber ve bakır kablo arayüzleri arasındaki seçim ile doğru phy’yi seçmek söz konusu olduğunda nispeten daha nettir.
Gigabit Ethernet’in anahtara ihtiyacı var mı
О э э с сне
М з з рарегистрировали подозрительный тик, исходящий из Вашей сий. С п с о ы ы с п п с xм ы с с ы xм ы ы с с о x ыи с с ои от от от оз пе пе от от оз он оны от оны онныы онныы онн вы, а н, а нбн Вы,. Поч yatırıl?
Эта страница отображается в тех случаях, когда автоматическими системами Google регистрируются исходящие из вашей сети запросы, которые нарушают Условия использования. Сраница перестанет отображаться после того, как эи запросы прекратяттся. До эого момента дл Ekim ил исползования служб Google нобходим çar.
Источником запросов может служить вредоносное ПО, подключаемые модули браузера или скрипт, настроенный на автоматических рассылку запросов. Если вы используете общий доступ в Интернет, проблема может быть с компьютером с таким же IP-адресом, как у вас. Обратитесь к своемtern. Подробнее.
Проверка по со может luV пе появляться, ео е Вводия, оожо Вы воде сн ыыыые ае iri ае ае iri ае ае iri пе ае iri ае ае iri пе ае iri пе ае iri пе ае iri пе ае ае ае ае iri пе аотототыыыыыыыыыыыететет ]p anauma аете keluma емами, или же водите запросы очень часто.
Gigabit Ethernet anahtarını kullanırken ekstra Ethernet kablolarına ihtiyacım var mı
Netgear Ethernet anahtarım GS105 var ama ben’t’yi henüz düzgün bir şekilde bağlayabileceğimi düşünüyorum.
Görünüşe göre, biri yönlendiricimden anahtara ve daha sonra Gigabit Switch’ten sunucu PC’ye veya Mac’e kadar iki ekstra Ethernet kablosuna ihtiyacım olacak gibi görünüyor,
Bunun için hangi kablo kategorisine sahip olduğumdan veya özel bir kablo olması gerektiğinden emin değilim.
Эо хороший Вопрос?
Прло per
1 коментарий
“Daha yeni yönlendiriciler, merkezler ve anahtarlar (10/100 dahil olmak üzere ve 1 gigabit veya 10 gigabit cihazın hepsi Uygulamada) Bir kablo bağlandıktan sonra uygun yapılandırmaya otomatik olarak geçmek için 10/100 Mbit bağlantılar için otomatik MDI-X kullanın.”
“Gigabit ve daha hızlı Ethernet Bağlantıları Bükülmüş Çift Kablosu Her iki yönde eşzamanlı şanzıman için dört kablo çiftini de kullanın. Bu nedenle, özel bir iletim ve alma çiftleri yoktur ve sonuç olarak, 1000base-t iletişimi için geçiş kabloları asla gerekli değildir “
Bir işleri bir tutam içinde almanız gerekiyorsa, istemci ve sunucu sistemleri arasında düz bir kablo kullanabilirsiniz! Tüm 1Gig & 10Gig cihazları, CAT5E & 6 Kabloları kullanarak doğru bağlantılara otomatik olarak ayarlanacak.
Gigabit Ethernet 101: Uygulamaya Temel Bilgiler
Herhangi bir büyük donanım projesinin sistem düzeyinde planlama aşaması sırasında, genellikle standart bir seçenek olarak en az bir Ethernet iletişim bağlantısı dahil edilir ve derinlemesine tartışacağımız devre kartındaki bu Ethernet arayüzüdür. Altium topluluğumda, Ethernet’in nasıl uygulanacağı sorusu birkaç ayda bir ortaya çıkıyor. Genellikle empedansla ilgili bazı genel cevaplarla karşılanır, ancak kimsenin fantastik bir kaynağı olmadan, her şeyi sıfırdan yakalayabilirler. Bu rehber aradığınız şeydir’Elektronik devre tasarımınıza Ethernet’i, özellikle Gigabit Ethernet’i eklemeye hazır ve Ethernet’te hızlanmanız gerekiyor.
Biz dalmadan önce bu değil’T bir proje makalesi – kazandık’Bu projede tam bir çözüm oluşturuyor. Bununla birlikte, herkesin sadece teknik bilgilerin sayfalarını okumak yerine bir şematik almayı sevdiğini biliyorum, bu yüzden GitHub’a mikroçip ksz9131rnx gigabit ethernet alıcı -verici phy’nin uygulanmasıyla bir örnek ekledim. Biz’Bir phy’nin daha sonra ne olduğunu görecek, ancak bazı okuyucuların bakmak için bir şeması olup olmadığını anlamalarını ve makaleyi uygulayabileceğini biliyorum. Bu makalede bu şemaların ekran görüntüleri var. Ancak, Altium Designer®’da görüntülemek blogdaki görüntülerden çok daha kolaydır.
Ethernet protokolü 1980’lerde standartlaştırıldı ve hızla 10 m ila 10 g+ bit/s hızlardan gelişti. Bugün’Fiziksel iletim ortamı olarak bakır devre teli (bükülmüş çift) kullanılırsa S teknolojisi, Fast Ethernet (100Base-TX) ve Gigabit Ethernet (1000Base-T) kullanılırsa makul bir şekilde standarttır. Öte yandan, fiber optik kablolar tercih edilirse, 10 gbit/s’den fazla iletişim bant genişliği elde edilebilir. Bu iletim oranlarının teorik maksimum rakamlar olduğu belirtilmelidir. Her zaman kontrolör ve/veya işlemci hızı gibi pratik verimi sınırlayan darboğazlar ve kesin olmayan PCB yönlendirmesinin neden olduğu olumsuz etkiler (karışma, empedans uyumsuzluğu, maksimum eser uzunluğu dahil) olacaktır. Biz’Gigabit Ethernet’in nasıl çalıştığını ve gerekli devre bileşenlerini anladıktan sonra, makalenin sonuna doğru PCB düzenine ve yönlendirme düşüncesine girecek.
Gigabit Ethernet’in uygulanması hakkında zaten bir fikriniz olabilir, belki de çalışan bir Gigabit Ethernet arayüzü uygulamayı başardınız veya ilk kez yüksek hızlı dijital arayüz tasarımına dalmış olabilirsiniz. Bu makale, teorik temel bilgilerden şematik ve düzen tasarımının pratik yönlerine kadar tasarımcılar için bir rehber olarak tasarlanmıştır. Dijital arayüzlerde uzman olsanız bile, bu makale bir kontrol listesi veya teorinin hatırlatıcısı olarak yararlı olabilir. Bu makalenin okunabilirliğine yardımcı olmak için bazı bölümlerde bazı blokların veya bileşenlerin açıklanmayacağının farkında olmalısınız, ancak bu boşluklar aşağıdaki bölümlerden bazılarında doldurulacaktır.
Gigabit Ethernet Temelleri
Doğrudan donanım tasarımına atlamadan önce, ağın açısından gerçek dünyadan denetleyiciye ne tür verilerin seyahat ettiği konusunda kısa bir fikir sahibi olmak yararlı olabilir. IEEE802 tarafından tanımlandığı gibi, tüm iletişim protokollerinin ve Ethernet’in çerçeve yapısını belirlemek için evrensel olarak jenerik 7 katmanlı OSI modeli kullanılır.3 Standart, bazı OSI model katmanlarını, Şekil 1’de görülebileceği gibi sadece dört katmanda birleştirir.
Donanım tasarımcıları’ İlgi alanları “Fiziksel katman” (Ethernet Phy) ve “Veri bağlantısı katmanı,” Diğer katmanlar öncelikle ürün yazılımı geliştiricileri, ağ yığın kütüphaneleri ve uygulama geliştiricileri ve siber güvenlik uzmanları için ilgi çekicidir. Tanım gereği, bükülmüş çift bakır devre üzerinde taşınan Ethernet verileri Ethernet kablo empedansı, bir cihaza ulaşana kadar fiziksel katmanın bir parçasıdır. Veri bağlantısı katmanında, veriler denetleyiciye gömülü bir ağ yığını tarafından anlaşılabilen bir formata ayrılır. Basit bir ifadeyle, fiziksel katman postayı taşıyan yollara ve kamyonlara benzer. Buna karşılık, veri bağlantısı katmanı, her bir posta öğesini başka birinden ayırmak için gereken adres bilgilerine sahip olan zarfa karşılık gelir. Bu ağ katmanlarının eşdeğer IC seviyesi bilgilerine nasıl karşılık geldiğine dair daha ayrıntılı bir açıklama yapacağız.
Neden Gigabit Ethernet’i seçin?
Ethernet protokolü evriminin geçmişi incelendikten sonra, her yeni nesil ile birlikte gelen önemli hız iyileştirmeleri açıkça öne çıkıyor. Devre kartı donanım hızına ve bant genişliği özelliklerine bakıldığında, modern bir tasarıma uygulanacak net üretim seçimi Gigabit Ethernet. Farklı ortamlar söz konusu olduğunda, Ethernet kablolarına ihtiyaçtan kaçınmak için WiFi’yi seçtiğinizi söyleyelim, aşağıdaki örneklerde görülebileceği gibi, Ethernet ile karşılaştırıldığında kesinlikle bazı avantajlar ve dezavantajlar vardır.
- Hız: IEEE 802’de çalışan WiFi’nin maksimum teorik hızı.11g standardı, 100 Mbps Ethernet veya Gigabit Ethernet hızları ile açıkça karşılaştırılamayan 54 Mbps’dir. Ancak, IEEE 802’de çalışan WiFi.11Ac Standard 3’e kadar teorik hızlar sunar.Gigabit Ethernet’ten üç kat daha hızlı 2 Gbps. WiFi adaptörlerinin ve erişim noktalarının 802 ile uyumlu olması gerektiğine dikkat edilmelidir.11AC Bu tür bir iletim hızına ulaşması için iletişim. Bir WiFi bağlantısının teorik hızı, gerçek dünyada genellikle mümkün değildir, çünkü cihazlar arasında nadiren mükemmel bir görüş hattına sahiptir.
- Güvenilirlik: Kablolu bağlantılar bir tür noktadan noktaya ağ olarak yönlendirilebilir ve kablo kırılmaları veya soket hataları mevcut olmadıkça, ağ trafiğinde hiçbir kesinti muhtemel değildir. Bu, kablolu ağ işlemini hız ve gecikme açısından oldukça tutarlı hale getirir. Öte yandan, WiFi diğer kablosuz cihazlardan gelen parazitlere ve atmosferik koşullar ve bina duvarları gibi engellerin etkileri nedeniyle sinyal bozulmasına karşı hassastır. Nemdeki basit bir değişiklik, kablosuz sinyal atmosferik nemle zayıflatıldığından hızı büyük ölçüde etkileyebilir. Teorik ve pratik hız farklılıkları da güvenilirlikten etkilenir, bu da wifi kullanılırken çok daha algılanabilir.
- Güvenlik: WiFi, trafiğini havada iletir, yani trafik bilinen bir güvenli algoritma ile şiddetle şifre korumalı/şifrelenmedikçe, aralık içindeki bir alıcı ağ faaliyetlerini kolayca yakalayabilir. Belirlenmemiş müdahalenin daha zor olduğu kablolu bağlantıları kullanırken trafiğiniz daha güvenli olabilir.
- Kullanım kolaylığı: Kablo kullanmakla sınırlı olmaktan hoşlanmıyorsanız veya kablo döşemenin bir sorun olduğu bir yerde çalışıyorsanız, WiFi’yi seçmek ağ bağlantısını daha özgür hale getirebilir.
IoT cihazlarını tasarlarsa, bir donanım tasarımcısı genellikle diğer sistemlerle iletişim kurmak için, özellikle hacimli izleme verilerinin ve dosyalarının aktarılması için bir Ethernet arayüzü kullanır. Ethernet’in güvenilirliği ve hızıyla eşleşmesi zordur ve bu güvenilirlik ve hız, mühendislik kararlarını ve devre kartı donanımının ve ürün yazılımının geliştirilmesini basitleştirir. Kablolu bir bağlantı kullanmak da başka bir avantaj sunar: Cihaz kasıtsız bir radyatör olarak sertifikalandırılacağı için cihazdan radyo iletimi yoksa sertifika maliyetleri çok daha düşük olabilir.
Düşünebileceğiniz bir Ethernet bağlantısı yerine bir USB arayüzü kullanmaya ne dersiniz?? İkisi de kablolu bağlantılar kullanıyor ve USB teknolojisinin son evrimi ile USB 3. X Standart Arabirimler, Gigabit Ethernet’e benzer veya daha yüksek hız değerlerine sahiptir (USB 3.1: ~ 10 Gbps). Tüm Ethernet ekipmanını USB 3 ile değiştirmeli miyiz. x o zaman? Seçiminizi yapmadan önce, aşağıdakilere razı olmaktan mutluluk duyup duymadığınızı düşünün:
- Daha kısa kablo uzunlukları (Ethernet için ~ 100 metre yerine birkaç metre)
- Çok noktalı bağlantı yerine noktadan noktaya bağlantı
- USB değil’t Tipik ağ sunar, bu nedenle verileri uzak bir web/veritabanına/dosya sunucusuna itmek zor bir iştir.
Bu kısıtlamalarla yaşayabiliyorsanız, neden USB3 vermiyorsunuz?.x Ethernet yerine bir deneyin? Bu kısıtlamaların USB3’ü aşağılamak için tasarlanmadığını unutmayın.X teknolojisi; USB veya Ethernet’i seçip seçmediğiniz, özel uygulama gereksinimleriniz için ihtiyacınız olan şeyle belirlenir.
Ethernet için bir oyun değiştirici, hemen hemen tüm hız, gecikme ve kablo uzunluğu sınırlarını genişleten bir seçenek olan bakır kablo yerine optik iletişim bağlantısının kullanılmasıdır. Ancak, fiber gigabit ethernet başka bir zaman için bir konudur ve bu makalede ele alınmayacaktır.
Ethernet, standart ağ protokollerine ve sistemlerine doğrudan erişim sağlayan çok uygun bir teknolojidir. Ağınız, cihazınız internete erişim sağlarsa, yazılım/ürün yazılımı geliştirme söz konusu olduğunda verileri bulut sağlayıcıları gibi uzak sunuculara itmek nispeten önemsiz bir uygulamadır. Ethernet, mevcut altyapı kullanmanızı sağlar. WiFi birçok kolaylık sunar, ancak başvurunuz için kabul edilebilir veya kabul edilemeyebilecek risk ve cezalarla birlikte gelir. USB, birçok cihazda mevcut olan üretken bir standarttır. Ancak, cihazınızın, geliştirdiğiniz ürünle iletişim sağlamak için genellikle bu cihaza yüklü özel yazılımlara ihtiyaç duyacak bir ana bilgisayar veya istemci cihazına yakın olması gerekir. Ethernet her zaman soruna doğru cevap değildir, ancak’genellikle iyi bir cevap.
RJ-45 konnektörüne dalış
Çok eski zamandan beri, Ethernet arayüzleri için RJ-45 tipi soketler ve bükülmüş çift bakır kabloları olan fişler kullanılmıştır. En yaygın kablo yapısı “Kalıcı bükülmüş çift (UTP),” kategori 1’den (CAT1) kategori 8’e (CAT8) maksimum taşıyıcı frekansına göre kategorize edilir. Taşıyıcı frekansı iletim hızını belirler ve doğru hızları elde etmek için, CAT5 veya daha yüksek olarak derecelendirilen kablo, Gigabit Ethernet’iniz için her zaman kullanılmalıdır.
İpucu: PCB’niz için bir RJ-45 soketi seçerken dikkat edin, çünkü bazı soketler düşük profilli bir seçeneğe sahiptir, bu da konektör altında bir kart kesimi gerektirecektir. Ayrıca, bazı RJ-45 krikolarının, konektöre entegre edilmiş gerekli Ethernet manyetik sonlandırma devresini (Bob Smith fesih olarak bilinir) içerdiğine dikkat edin (bazen Magjack konektörleri olarak adlandırılır).
Şekil 2’de görülebileceği gibi, UTP kablolarının her bir çiftin bir pozitif ve bir negatif sinyal verildiği dört bükülmüş çift vardır. 10/100 Mbps Ethernet sadece iki çift kullanırken, Gigabit Ethernet tam çift yönlü iletişim için dört çifti de kullanır ve Gigabit Ethernet tarafından kullanılan dört çiftin tamamı iki yönlü olduğundan Fast Ethernet’ten farklıdır. Bu noktada, iki sorunun akla gelmesi muhtemeldir: neden bükülmüş çiftler kullanıyorlar ve neden her çift için bir olumlu ve bir olumsuz sinyal var?
Kısa cevap, bu özelliklerin her ikisinin de elektromanyetik radyasyon ve parazitin etkilerini azaltmak için kullanılmasıdır. Bir demetteki paralel kablolar (bükülmemiş), kablo akım taşıyan bir indüktör görevi gördüğü ve manyetik bir alan oluşturduğu için birbirine kolayca gürültü enjekte edebilir. Diferansiyel iletim tekniği, bu manyetik alan etkisini önlemede mükemmel bir başlangıç noktasıdır, çünkü bu yöntem biri orijinal sinyal için diğeri, her biri diğerini iptal eden eşit ve zıt bir manyetik alanı indükleyen sinyalin ters bir kopyası için iki kablo kullanır.
Diferansiyel alıcılar tasarım yoluyla ortak mod gürültüsüne dirençli olsa da, pozitif ve negatif sinyal kabloları gürültü kaynağından eşit derecede uzak değilse, ortak mod gürültüsü bir diferansiyel mod gürültüsüne dönüştürülebilir. Bu sorun, pozitif ve negatif sinyal çiftlerini birlikte bükerek çözülür. Bu, kablonun tüm uzunluğu içinde birbirlerine yakın olduklarından emin olur. Bu tekniğin bir varyasyonu, diferansiyel çift yönlendirme, kritik sinyaller için PCB düzeninde kullanılan yaygın bir tekniktir.
Yüksek hızlı iletişimde görülen bir diğer sorun da sinyal yansıması. Sinyal yolu boyunca herhangi bir empedans uyumsuzluğu varsa, maksimum güç bu noktanın ötesine aktarılmayacak ve bazı sinyal enerjisi kaynağa geri yansıtılacaktır. Daha uzun kabloların ve/veya PCB izlerinin empedansı iyi eşleştirilmezse, sinyal kalitesi bir iletişim arızasıyla sonuçlandığı bir noktaya düşebilir.
Özetle, bir UTP kablosu, yansımayı azaltmak için 100 ohm karakteristik empedansa sahip dört dengeli bükülmüş çifte sahiptir ve çiftler arasındaki karışıklıkları azaltmak için farklı dönüş oranlarında bükülürler. Endüstri, kablo üretimi ile elinden geleni yapıyor ve bu makale, herhangi bir sinyal gürültüsünü veya kayıp yan etkilerini önlemek için en iyi PCB düzenini nasıl elde edeceğiniz konusunda size rehberlik edecektir.
PCB’deki Ethernet sinyallerini yorumlama
Yüksek hızlı dijital arayüzlerden bahsederken bile, gerçek dünyanın bir “analog” çevre. Bir kablo boyunca seyahat eden tüm bilgiler, mimarisine bakılmaksızın gerekli kontrolör protokolüne göre uygun şekilde sayısallaştırılmalıdır. OSI modelini ve Ethernet protokolünün katmanlarını hatırlayarak, birincisi “Fiziksel katman” (PHY), kablodan başlayan ve modüle edilmiş bir gerçek dünya sinyali PHY IC cihazı tarafından alınana/iletilene kadar devam eder. PHY IC, protokole göre kodlama/kod çözme işlemlerini işleyen ve “Orta bağımlı arayüz (MDI)” bağlı iletim ortamı için (i.e., Gigabit Ethernet durumunda UTP kablosu).
İkinci katman “Veri bağlantısı katmanı,” PHY ve mikroişlemci arasındaki ara denetleyici olan Medya Erişim Denetleyicisi’nde (MAC), ürün yazılımında ağ yığınını içeren. Phy, işini sinyal bitleriyle tamamladıktan sonra, bunları doğrudan yoluyla gönderir “Orta bağımsız arayüz (MII)” Çerçeve yapısını tanımlanan protokole göre oluşturan ve doğrulayan Mac denetleyicisine. PHY, RJ-45 bağlantısı için MDI kullanıyor. MII, Phy ve Mac arasındaki arayüz için kullanılır.
Donanım tasarımcısı, sistemlerine bir Gigabit Ethernet arayüzü uygularken genellikle üç seçeneğe sahiptir:
RJ-45 RJ-45 RJ-45 GIGABIT (1/10+GBPS) gereksinimleri için veri verimi, Ethernet arayüzleri çok yüksek, PCI, PCIE, USB3 gibi yüksek hızlı bir veri yolu.Entegre bir Mac’e sahip olmayan işleme birimleri için x veya 16-/32 bit paralel veri yolu gereklidir. Çoğu üst düzey mikroişlemci ve çip üzerindeki sistem (SOC) (örneğin, NXP I.MX6 ve ben.MX8, Xilinx Zynq-7000 SoC, Ti Sitara) Ağ yığınına yüksek bant genişlikli veri aktarımını içsel olarak işlemek için entegre bir gigabit mac denetleyicisine sahiptir. Buna karşılık, bazı orta uç MCU’lar (örneğin, ST STM32F4 ve diğer birçok ARM Cortex serisi veya mikroçip pic32m) 10/100 Mbps gömülü Ethernet Mac’e sahiptir. Üçüncü bir seçenekten bahsetmiş olsak da, tek bir pakette bir gigabit phy ve mac kombinasyonu bulmak kolay değil. Yani, bu seçeneği bütünlük için ekledik; Örneğin, piyasada Microchip LAN7430 ve LAN7850 mevcuttur. Ayrıca, Intel 825xx serisi başka bir seçenektir, ancak jenerik tedarikçiler bunları stoklamaz ve kullanılabilirlik asgari sipariş miktarlarına (MOQ) ve ifşa etme anlaşmalarına (NDA) tabidir. Öte yandan, 10/100 Mbps seçeneği için, bu cihazların birçoğunu ENJ2860, ENC424J600 ve W5100/W5500 gibi bir seri çevre arayüzü (SPI) veri yolu arayüzünde bulabilirsiniz. Genel olarak konuşursak, işleme biriminin tasarım için gerekli Gigabit arayüzü miktarı için yeterli bir MAC arayüzüne (MII) sahipse, listelediğimiz ikinci seçenek her zaman tercih edilir. İşlemci tarafındaki sınırlı sayıda MAC arabirimi olsa bile, tüm Ethernet arayüzleri aynı ağ gizlilik düzeyinde çalışırsa, IC seviyesi Ethernet anahtarlarının kullanımı herhangi bir sorunu çözebilir. Savunma endüstrisinin kullanımı, güvenlik nedeniyle arayüzlerin fiziksel olarak ayrılmasını gerektirebilir. Şimdiye kadar ele aldığımız bilgilere dayanarak, ayrı bir phy ve entegre Mac kullanmaya dayanacak bir tasarım örneği seçtik. Daha ileri gitmeden önce’Hangi tedarikçilerin genellikle popüler ayrık gigabit phy ve mac ics stoklarını. Özel seçim kriterlerinin ve özelliklerinin değerlendirilmesinin aşağıdaki bölümlerde ele alınacağını unutmayın. Uygun cihazlar KSZ9031, KSZ9131, VSC8211 ve VSC8501 (hepsi mikroçip/microsemi’den), ADIN1300 (analog cihazlar), Max3956 (Maxim) ve DP83867 (Texas), bu da yaygın olarak stoklanmış gigabit phy chips’dir. Broadcom başka bir Gigabit Phy üreticisidir (BCM546X ve BCM548X serisi), ancak genellikle yüksek bir MOQ ile stoklanmamıştır ve/veya uzun bir teslim süresi vardır. LAN7431 ve LAN7801 (MicroChip), BCM5727 ve BCM5720 (Broadcom), piyasada bulunan Gigabit Mac Kontrolör IC’leridir. İpucu: Seçiminizi yaparken entegre devrelerin çevresel gereksinimlerine dikkat edin. Ethernet voltaj seviyesi, cihaz ayak izi, vb.Manyetik
- Sinyal doğrudan transformatör üzerinden aktarıldığından, izole tarafta bir voltaj beslemesine gerek yoktur.
- Ethernet sinyalleri (10 Mbps bile) çoğu optoizolatör için çok hızlıdır ve transformatörler daha ucuzdur ve elde edilmesi daha kolaydır.
- Doğası gereği, transformatörler çok yüksek bir ortak mod ret oranına (CMRR) sahiptir, bu da onları diferansiyel iletişim için mükemmel bir uyum sağlar. Transformatörün her iki terminaline uygulanan herhangi bir ortak mod voltajı reddedilir ve terminaller arasında sadece bir diferansiyel voltaj izole edilmiş tarafa aktarılır.
- MDI çiftleri empedans kontrollü dengeli diferansiyel çiftler (z0 = 100 Ω) olduğundan, bükülmüş çift kablo karakteristik empedansıyla kesinlikle eşleştirilmelidir. Kablo çiftlerinin MDI çiftlerinden farklı bir empedansa sahip olduğunu varsayalım. Bu durumda, transformatör, eşleşen empedanslar nedeniyle herhangi bir yansıma olmadan sinyalin aktarılmasına izin veren herhangi bir empedans uyumsuzluğunun üstesinden gelmek için ideal bir nokta sunar. Ayrıca, aşağıdaki bölümlerde tartışacağımız gibi, bazı PHY alıcı-verici cihazları dengesiz MDI çiftlerine dayanabilir ve transformatörler bir balun (dengeli-dengesiz) dönüştürücü olarak kullanmak için idealdir.
- Yüksek izolasyon voltajı koruması (standart, çiftler arasında veya bir çiftten şasi zemine 60 saniye boyunca 50/60 Hz’de 1500 VAC’a bağışıklık gerektirir), PHY tarafını ESD vuruşlarının etkilerinden koruyan manyetik izolasyon kullanılırken kolayca elde edilir.
Bir transformatör kullanmanın birkaç dezavantajı, DC bileşenini bloke etmesi ve düşük frekanslarda çok verimli olmamasıdır. Bununla birlikte, bunlar modülasyon şeması ile kolayca çözülebilir ve seçilen Ethernet protokolü standart tanımlarını karşılayan uygun bir transformatör seçilebilir.
Transformatör seçeneğini kullanmaya karar verdikten ve kısa bir tedarikçi aramasından sonra, en yüksek olasılığınız olan ilk soru, ayrı manyetik veya entegre Ethernet manyetikleri ile bir konektör kullanmanız gerekip gerekmediğidir. Ne yazık ki, mükemmel bir cevap yoktur ve bu seçenekler arasındaki değiş tokuşun tasarımcı tarafından ayrıntılı olarak analiz edilmesi gerekir. İki seçeneğin karşılaştırılması aşağıdaki Tablo-1’de özetlenmiştir (kalın metin kazananı ifade eder).
tablo 1. Ayrık ve entegre manyetikler arasındaki değiş tokuş
|Ayrık manyetik
|RJ-45 ile entegre manyetik
|Maliyet
|Daha fazla bileşen kullanımı nedeniyle daha pahalı.
|Bom ürün sayısı daha düşük olduğu için daha ucuz.
|Toplantı
|Daha lehimlenmiş parçalarla daha karmaşık.
|Montaj sadece konektördür ve o zaman kullanıma hazırdır.
|Düzen
|Daha karmaşık, zayıf bir düzen, ayrık manyetik kullanmanın elektrik avantajlarını ortadan kaldırabilir.
|Daha basit ve düzenin yanlış olma riski daha az.
|Bakım
|Başarısız parçalar sorunu çözebilir ve ayrı ayrı değiştirilebilir.
|Bir arıza durumunda, tüm konektörün değiştirilmesi gerekir, bu nedenle uzun vadede korunması ayrı seçenekten daha pahalı olabilir.
|Crosstalk/EMC ve ESD
|İyi bir düzen yardımıyla, çiftler arasında karışma olasılığı sıfıra yakın düşer. Manyetikler izole bir alan yarattıkça, ESD grevleri PCB’nin sınırlı bir alanında, Phy tarafına ulaşmadan önce işlenir.
|Bağlantıcının metal koruması bazı EMC avantajları sağlasa da, çiftler arasındaki karışmaya daha duyarlıdır ve transformatör küçük bir alanda bulunduğu için bir ESD grevinden bir voltaj artışı daha kolay bir şekilde birleştirilebilir.
|Phy uyumluluğu
|Tüm bağlantıların ayrı ayrı pimlere yönlendirilmesi nedeniyle tüm fiz ile uyumlu.
|Bazı merkez-dokun bağlantıları, pim sayımını azaltmak için birlikte toplanabilir ve daha sonra performans bozulmasına neden olabilecek tek bir pime yönlendirilebilir.
Sağlanan bilgiler ışığında’Özel uygulamaları için en uygun olanı seçmek için tasarımcıya kadar. Sadece deneyimlerimize dayanarak, herhangi bir güvenilirlik ve/veya güvenlik gereksinimi varsa (MTBF, FME (C) Otomotiv ve Savunma Endüstrilerindeki bir gereksinim) varsa, ayrık manyetiklerin kullanımı genellikle daha iyi bir seçimdir. Kitlesel olarak üretilen ticari projeler ve hobi düzeyinde elektronikler için, entegre manyetikler maliyetleri düşürdükleri ve tasarım sürecini basitleştirdikleri için mükemmel bir uyumdur. Burada, tasarım örneğimiz için ayrı manyetik seçeneği seçilecek. Ayrık manyetikler için iç yapı, seçim kriterleri ve bağlantı diyagramları aşağıda açıklanacaktır.
İlk olarak, seçilen manyetikler, Gigabit Ethernet uygulamalarında kullanılan dört çiftin her biri için bir transformatör bloğuna sahip olmalıdır. Ayrıca, zorunlu olmasa da, ortak mod gürültüsü bağışıklığını artırmak için ortak mod bir bobine (CMC) sahip olmak her zaman iyi bir seçenektir. Diferansiyel alıcılar kendi başlarına, CMC’nin yardımıyla ortak mod (CM) gürültüsünü reddetmede iyi olsa da, sinyal-gürültü oranı ve sonuç olarak, bit hata oranı alıcı tarafında geliştirilecektir. Verici çiftleri açısından, CMC, PHY MDI çiftlerine bağlı CM gürültüsünün neden olduğu EM emisyonlarını azaltır. Manyetikte başka bir isteğe bağlı bileşen, CM sinyalleri için düşük empedanslı bir yol oluştururken diferansiyel Ethernet sinyalleri için yüksek empedanslı bir yol oluşturan bir otomatik dönüşümlüdür.
Yukarıdaki Şekil 5’te gösterildiği gibi özetlemek gerekirse, 1: 1 izolasyon transformatörü ve ortak mod boku her zaman piyasada bulunan Ethernet manyetiklerine dahil edilmiştir. Seçim sürecinin kolay kısmı, sarma toleransının ±%5’den az olduğunu kontrol etmek ve izolasyon voltajı, çalışma frekansı, CMRR ve çaprazlama oranının, Gigabit Ethernet Pinout için IEEE standardına uygun olduğunu doğrulamaktır. Otomatik transformatörle manyetik seçmek, tasarımcının dikkate alması için başka bir dengesizliktir, sistem düzeyinde EMI/EMC gereksinimlerine uyumu ve FCC gibi yetkililer tarafından elde edilen gereksinimlerin her ikisi de hayati faktörlerdir. EMC testlerinde başarısızlık riskini azaltırken 12 rüzgarlık manyetik seçeneğinin seçilmesi maliyetleri artıracaktır. Alternatif olarak, 8 rüzgar manyetik seçeneği daha ucuzdur ve iyi bir düzen tasarımına izin verir, ancak EMC test hatası riskinin azaltılması gerekebilir. Ethernet arayüzü, çok fazla gürültü üreten bir dijital sistemin bir parçasıysa, 12 rüzgâr manyetik seçeneğini seçmek iyi bir uygulamadır. Bu gibi durumlarda 8 rüzgar isteniyorsa, daha iyi EMI performansı için CMC tarafını kablo tarafına bağlamayı düşünün (bunları başka bir şekilde bağlamanın da işe yarayacağını unutmayın). 12 rüzgarın seçildiği durumlarda, doğru işlem için otomatik dönüşümlü kablo tarafına bağlanmalıdır. Pulse Electronics, Bel Sigorta, Halo, Bourns ve TDK, genel olarak stoklanan manyetik üreticilerdir. Veri sayfasını okurken herhangi bir karışıklığı önlemek için, tipik olarak, “Mx” bağlı olması amaçlanmıştır “medya” (kablo) tarafı ve pin etiketleri “TD” phy tarafına bağlı.
EMC ile ilgili sorunlarla uğraşmak gibi görünebilir “Kara büyü,” Ve böylece testler yapmadan önce, seviyelerin sınırlar içinde olup olmayacağından tamamen emin olmak zordur. Bu nedenle, bir tasarımcının mevcut her gürültü azaltma tekniğini kullanması ve son tasarımda seviyelerin yeterince düşük olmasını sağlama riski azaltmaya hazır bazı alternatif geliştirme seçeneklerine sahip olması gerekir. Ethernet manyetiklerindeki topolojiden bağımsız olarak, hem 1: 1 izolasyon transformatörü hem de otomatik transformatör, ek sonlandırma, filtreleme ve önyargı seçenekleri sağlamak için merkez musluklarını pimlere yönlendirdi.
Robert (Bob) Patentine göre w. Smith, UTP kablo çift-çift ilişkileri birbirine göre iletim hatları oluşturur. İletim hattı doğru bir şekilde sonlandırılmazsa, sinyal kalitesini bozacak bir yansıma olasılığı vardır. Yansımaları önlemek için, her merkezin kablo tarafına (8 veya 12 rüzgârlı bileşenler dahil) dokunması önerilir. Ayrıca, bölünmüş fesih topolojisine benzer şekilde, ortak mod gürültü azaltma için ek bir filtre oluşturmak üzere sonlandırma direnci ve şasi arasında bir yüksek voltajlı kapasitör eklemek de iyi bir uygulamadır. Her merkez musluğunun bireysel bir sonlandırma direncine sahip olması gerektiğini unutmayın, ancak dört şasi bağlantısının tümü için sadece bir kapasitör yeterlidir. (Bkz. Aşağıdaki Şekil 6 ve 7)
İpucu: Manyetik kablo tarafındaki ESD bağışıklığını arttırmak için dalgalanmaya dirençli MELF 75 ohm fesih dirençlerini kullanmak iyi bir uygulamadır, ancak Melf dirençleri montajcılar için son derece sinir bozucu.
Merkeze söz konusu olduğunda, PHY tarafına dokunun, bu genellikle ek filtreleme amacıyla bir kapasitör kullanılarak sinyal zemine bağlanmalıdır. Bob-Smith sonlandırma dirençleri gibi, çiftler için her merkez dokunun, her çift arasındaki başıboş akım akışını önlemek için kendi kapasitörleri olmalıdır. Bu merkez musluk, PHY topolojisinin ihtiyaç duyduğu gerekli ortak mod önyargı voltajını sağlamak ve/veya PHY tarafındaki farklı hat sürücü konfigürasyonlarına göre çizgiyi yukarı/aşağı çekmek için de kullanılabilir. Hangi önyargı ve hat sürücü yapılandırmalarının uygulanabilir olduğunu belirlemek için lütfen PHY veri sayfasını dikkatlice kontrol edin. Bunlar bir sonraki bölümde daha fazla tartışılacak.
Gigabit phy
PHY’nin, Ethernet verilerinin aktarılmasının kritik nokta olduğu söylenir “Dijital” dünya “Analog” Gerçek dünya oluşur ve bunun tersi. Aşağıdaki Şekil-8’de görülebileceği gibi, PHY, üç yapılandırma seçeneğinde sinyal konektöre (ve manyetik) gitmeden önce son aktif bileşendir.
PHY seçim süreci sırasında, standart tanımlı özelliklerin çoğu PHY IC’ye otomatik olarak dahil edildiğinden, sadece iki temel soru cihaz seçimi için kritik belirleyiciler olacaktır. İlk soru, veri bağlantısı katman cihazlarına (MAC) bağlantı için arayüzün belirlenmesidir ve ikinci soru, kablo yan bağlantısı için desteklenen ortam seçeneklerinin belirlenmesidir. Daha önce de belirtildiği gibi, Phy alıcı -vericisinin bir “Medyaya bağlı arayüz” (MDI) gerçek dünyadaki iletişim ve bir “Medya Bağımsız Arayüz” (MII) MAC Communications için. MII Adlandırma Sözleşmesi, ürünler için de kullanılan genel bir marka adı olarak düşünülebilir (i.e., Oreo olarak vanilya kremi ile tamamen siyah bisküvilere atıfta bulunarak). MII, RMII, GMII, RGMII ve SGMII olan beş alternatif var (kısacası, bunları hepsine atayalım “XMII”). Bunların her biri bir sonraki bölümde daha ayrıntılı olarak açıklanacaktır. PHY’nin seçilen Mac ile uygun bir arayüze sahip olması gerekir. Benzer şekilde, bakır kablo ve fiber optik gibi şanzıman ortamının sistem düzeyinde gereksiniminin dikkate alınması gerekir. Bir bakır UTP kablosu kullanılması gerekiyorsa, PHY’nin manyetik ve RJ-45 konektörü için uygun bir MDI arayüzüne sahip olması gerekir.
Bu noktayı göstermek için, KSZ9131 olan tasarım örneğinde seçilen PHY’nin ürün sayfasını kontrol etmelisiniz. KSZ9131MNX ve KSZ9131RNX olmak üzere iki seçenek var. Önceki seçenek GMII/MII’yi desteklerken, ikincisi yalnızca RGMII’yi destekler. Seçilen Mac’in yalnızca RGMII arabirimi varsa, KSZ9131MNX yanlış seçim olur. MDI tarafından bahsetmeye gerek yoktur, çünkü bu, fiber ve bakır kablo arayüzleri arasındaki seçim ile doğru phy’yi seçmek söz konusu olduğunda nispeten daha nettir.
Herhangi bir gigabit phy veri sayfasını okumak ve anlamak ilk bakışta o kadar kolay görünmeyebilir, çünkü özellikler bölümünde listelenen birçok standart tanımlı özellik olacaktır. Bir Gigabit Ethernet arayüzünün özel bir uygulamasını oluşturmanız gerekmedikçe, bu özelliklerin çoğu sadece “olması güzel” Hayatı biraz daha kolaylaştırabilecek seçenekler. Bunlardan bazılarını kısaca tanımlamaya çalışacağız ve belirli uygulamanız için ekstra bilgilere ihtiyaç duyulduğunu düşünüyorsanız, Google’a uygun anahtar kelime:
- Oto-negotikasyon: Bu, en iyi şekilde, bağlantıyı kullanımlarını yönetmek için kullanmaları gereken hız, dubleks ve kontroller üzerinde kablolu bir bağlantıyı paylaşan ağ cihazları tarafından karşılıklı anlaşma olarak tanımlanır. Bu özellik, geri ve ileri uyumluluk için çok kullanışlıdır ve herhangi bir Gigabit Ethernet için zorunlu bir gerekliliktir.
- Auto Mdix (Crossover): 10/100Base işlemi için, TX çiftlerinin RX çiftlerine yönlendirilmesi gerekir ve bunun tersi de. İlkel çözüm, kablo konektöründeki çift sırasını değiştirmekti. Bu daha sonra cihaz konnektör sırasındaki bir değişikliğe dönüştü (bir PC ile kullanılan düz sipariş için MDI ve bir anahtar/hub ile kullanılan ters sipariş için MDIX). Son olarak, HP mühendisleri, PHY’nin iletim/alma çiftlerine karar vermesini ve uygun iletişim bağlantısını kurmasını sağlayan otomatik-MDIX protokolünü patentledi. Bu işlevi kullanmanın ana nedeni, Gigabit Ethernet çiftleri iki yönlü olduğundan ve PHY’de Echo iptali gibi farklı algoritmalar kullandığından, geriye dönük uyumluluk ve crossover UTP kablolarının kullanılması ihtiyacını ortadan kaldırmaktır.
- Enerji Verimli Ethernet (EEE): Adıyla görülebileceği gibi, PHY’nin EEE özelliğine sahipse, belirli bir süre için veri gönderilmesi gerekmiyorsa, verici otomatik olarak düşük güç-su kullanımı moduna konur ve tüm bağlı cihazların LPI paketleri göndererek bu durumda olduğunu bildirir. Alıcı her zaman aktif olduğundan, iletişimi kesintiye uğratma riski yoktur ve tipik olarak bu,% 50’den fazla güç tasarrufuna yol açabilir.
- IEEE 1588 Hassas Süre Protokolü (PTP): Bu özellik genellikle fabrika otomasyonundan telekomünikasyona kadar gerçek zamanlı uygulamalar tarafından gereklidir. Entegre 1588 özellik, kesinlikle senkronize, düşük zeki saat Ethernet sinyalleri oluşturabilir, paketleri damgalayabilir ve bir GPIO’daki etkinlikleri tetikleyebilir.
- Senkronize Ethernet (Synce): Gerçek zamanlı ses ve video aktarımı gibi yüksek bant genişliği zaman açısından kritik iletişim için, her düğümdeki veri arabelleğinin en aza indirilmesi gerekir ve sonuç olarak, tüm düğümlerin paylaşılan saat sinyali ile sıkı bir şekilde senkronize edilmesi gerekir. Synce, PHY cihazlarını kullanarak düğümler arasında saat bilgilerini taşımak için oluşturulur. Her phy saat sinyalini kurtarır ve işlemleri senkronize etmek için sinyali kullanmadan önce herhangi bir titreşimi çıkarmak için dahili veya harici bir PLL kullanır.
Ethernet PHY, CAT5 UTP kablosunun verimli olmasını ve 125 MHz’e kadar frekanslar için sertifikalandırılmasını sağlayan fiziksel sınırlamaların üstesinden gelmek için IEEE standardına göre kodlama ve modülasyon blokları içerir. PHY her biti bir saat döngüsünde (10Base gibi) gönderirse, 1 GHz oranını destekleyen bir kablo gerekli olacaktır. Her bir biti bir saat döngüsüne göndermek yerine, 100/1000Base bir “Baud” Kodlama ile döngü başına uygulanan. 100Base, güvenilirliği arttırmak için her 8 bit grubu 10 bitlik bir pakete (4b/5b veya 8b/10b şema) kodlar, yani 125 MHz saat hızı gerektiren 125 MBAUD oranında gönderilmesi gerekir.
Gigabit Ethernet, beş Ethernet voltaj seviyesi kullanan ve her çiftte dört farklı voltaj seviyesi kullanarak saat döngüsü başına iki bit kodlayan PAM-5 modülasyonu kullanır; Beşinci voltaj seviyesi hata düzeltmesi için kullanılır. 100Base ve 1000Base arasındaki temel fark, Gigabit Ethernet’in dört çifti de iki yönlü ve aynı zamanda kullanmasıdır. Temel matematiği kullanarak, çift başına 1000 Mbps / 4 = 250 Mbps olduğunu ve her döngüde iki bit kodlamanın 125 MHz saat hızı ile sonuçlandığını görebiliriz. Bu nedenle, Fast Ethernet ile aynı baud hızını ve saat frekansını kullanarak, Gigabit Ethernet, mevcut tüm kaynakları daha verimli kullanır ve bağlantı hızını artırır, daha pahalı daha yüksek kategori kablolarının kullanılması yerine nispeten ucuz Cat5 kablosunun sertifikalı sınırları dahilinde tutar.
Kullanılan modülasyon/kodlama, iletişim dünyasında çok yaygındır ve tüm alıcı -vericilerin, Ethernet sinyallerini başarıyla modüle etme ve demodülasyon (mod/demod) bir sorun yaşamamalıdır. Gigabit Ethernet Phy geriye doğru uyumlu bir alıcı-verici cihazı olduğundan, neden MOD/DEMOD işlemleri için hem 10 MHz (10Base) hem de 125 MHz (100/1000Base) saat kaynağına ihtiyaç duyduğunu görebiliriz. Ayrıca, 2 gibi ek saat referansları.PHY-MAC için 5 MHz, 25 MHz veya 125 MHz gerekebilir “XMII” Seçilen arayüz türüne bağlı olarak iletişim. Genel olarak, bir PHY ayrıca diğer Phys ile senkronize etmek için 25 MHz veya 125 MHz saat çıkışına veya MAC cihazı için bir giriş referansı olacak.
Piyasada bulunan tüm Ethernet Phys’in dahili bir PLL saat sentezleyicisi vardır, bu nedenle genellikle 25 MHz’de bir referans kristal veya osilatöre ihtiyacınız var. Veri sayfasını, kristal kullanabilmesini sağlayan yerleşik bir kristal sürücüsüne sahip olup olmadığını görmek için her zaman iyi bir fikirdir. Genel olarak, doğruluk gereksinimlerinin 50 ppm’den daha iyi olması tavsiye edilir ve bir osilatör kullanılması düzeni kolaylaştırabilir. Yine, tasarımcılar için fiyat, istikrar ve düzen çabası açısından bir değiş tokuş. Bu seçeneği seçerseniz kristal yük kapasitansını kontrol etmeye dikkat etmelisiniz.
“kayış” veya “bootstrap” Ethernet cihazları için kullanılan terminoloji, cihaz adresi, mod, xmii seçimi, saat-out etkinliği vb. Gibi parametreler için sert kodlanmış ayarları belirler. Cihaz güçlendirmeyi tamamlamadan önce. Veri sayfasının kayış seçenekleri için dikkatlice kontrol edilmesi şiddetle tavsiye edilir, çünkü bunlar satıcıya bağımlıdır ve her cihaz arasında değişebilir. Buradaki en önemli nokta, kayış pimlerinin istenen voltaj seviyesine yerleşmesi için gerekli sıfırlama süresini ayarlamaktır, bu da bir RC gecikme devresi kullanılarak kolayca ayarlanır.
PHY seçimi ile ilgili bir başka nokta, dahili sonlandırma dirençlerine sahip olup olmadığını kontrol etmektir. Varlıkları, hem MDI hem de MII tarafları için sinyal bütünlüğü için kritiktir. MDI dengeli diferansiyel çiftler kullanır, bu nedenle PHY’nin çip üstü sonlandırma dirençleri yoksa, paralel bölünme sonlandırma (ortak mod gürültüsünü filtrelemeye tercih edilir) karta eklenmelidir. Benzer şekilde, XMII arabirimi, çip üstünde veya yerleşik seri sonlandırma dirençlerine sahip olmalıdır.
Kısaca belirtildiği gibi, manyetik merkezi musluğunun kullanımını açıklarken, Gigabit Ethernet için iki tip çizgi sürücüsü vardır: Mevcut Mod ve Voltaj Modu. Tasarımcı, Manyetik Merkez-Tap ve Bölünmüş Fesih Merkezi Tap bağlantısı için Phy Line sürücüsünü kontrol etmelidir. Voltaj modu sürücülerinin mevcut moduna göre çeşitli avantajları olduğundan, günümüzde bu tür hat sürücüsü cihazlar arasında daha yaygındır. Bununla birlikte, tasarımcı hala farklı tasarım yönleri için mevcut mod satır sürücüsü gereksinimlerinin farkında olmalıdır.
İpucu: Daha fazla okuma için Microsemi’yi kontrol edin “ENT-AN0106 Uygulama Notu”.
Ethernet cihazlarının (Phy, Mac ve Switch) çoğunun 1’e ihtiyacı var.Analog ve dijital çekirdekler ve PLL gücü için 2 V Tedarik Rayı. Diğer analog, dijital ve IO malzemeleri genellikle 3’ten seçilebilir.3 V, 2.5 V ve 1.8 V ve veri sayfası gerekli güç kaynağı şeması için dikkatlice kontrol edilmelidir. Tek tedarik çalışmasına izin vermek için, cihazda entegre bir LDO denetleyicisi olabilir (e.G., KSZ9131) 3’ü düzenlemeye yönlendiren bir FET’i yönlendiren.3 V veya 2.5 V gerekli 1’e düşme 1.2 V arz. Kurulun zaten ayrı bir 1 varsa.2 V güç kaynağı, o zaman bu seçeneğe ihtiyaç duyulmayabilir. FET seçimi kesinlikle denetleyici ile ilişkili olduğundan, tasarımcılar FET spesifikasyonları için veri sayfasındaki önerileri izlemelidir.
Bir sonraki bölümde detaylandırılacak olsa da, PHY ve MAC’ın üstünde bir yönetim arayüz bağlantısı olması gerektiğini belirtmek gerekir “XMII” Doğru iletişim kurmak için bağlantılar.
Gereksinimleri yerine getirmek için doğru Phy’yi seçtikten ve yukarıdaki önerileri takip ettikten sonra, şematik tasarım seçilen cihazdan bağımsız olarak oldukça standarttır ve şu adımları izler:
- Toplu ve yerel ayrıştırma kapasitörleri ile raylara doğru güç sağlayın
- LED’li manyetik ve konnektöre bağlantılar
- XMII ile Mac’e bağlantılar
- Yönetim Arayüzü için Mac’e Bağlantılar (MIIM)
- Doğru saat girişini sağlayın
- Kontrol edin ve düzenleyin “kayış” seçenekler
- Fesih ve önyargı seçeneklerini kontrol edin ve ayarlayın
KSZ9131 PHY kullanan örnek bir şematik tasarım aşağıdaki Şekil 13’te verilmiştir. Şematik içinde bazı açıklayıcı notlar ve cihaza özgü pin bağlantıları verilmiştir. GitHub’da bu rakam için şematik dosyaları bulabilirsiniz’Altium Designer’da Görüntülenmesi çok daha kolay.
PHY’den Mac İletişimi
Sayısallaştırılmış ve demodüle edilmiş/kod çözülmüş veriler, Mac veri bağlantısı katmanı cihazına aktarılır “XMII” medya bağımsız arayüz. MII varyasyonlarının çoğu (SGMII hariç) paralel arayüzlerdir ve paralel bellek veriyoluna benzer. İletilen ve alınan Ethernet sinyalleri saat sinyalleri kullanılarak senkronize edilmelidir. Gelişen teknolojinin sadece bant genişliği gereksinimlerini arttırmakla kalmayıp aynı zamanda kullanımda olan birçok arayüze neden olabileceğini akılda tutmak çok önemlidir. Bu nedenle, en az bir GPIO PIN’e sahip olmak, genel tasarıma geleceğe dayanıklı olabilir.
En başta, 25 MHz saatine dayanan bir MII ile 10/100 Mbps Ethernet arayüzü 16 pim tanımlanmış. Daha sonra, azaltılmış MII (RMII) modunun görünümü ile saat frekansı iki katına çıkarıldı ve pim sayısı 7’ye indirildi. MII ve RMII’nin veri verimi Gigabit Ethernet için uygun olmadığından, kazandık’T Bu iki cihaz türü için bu makalede, aşağıdaki Şekil 14’teki pimleri listelemek hariç.
Gigabit-MII (GMII), 125 MHz saat hızı kullanarak maksimum 1 Gbps hızını destekler, 25 pim kullanır ve MII spesifikasyonu ile tamamen geriye doğru uyumludur. Sinyal açıklamaları aşağıdaki Tablo 2’de verilmiştir.
Tablo 2. GMII Sinyal Listesi
|Sinyal adı
|Sinyal Tanımı
|Sinyal Directi
|TXD [7..0]
|İletilecek veriler
|Mac – Phy
|Verici
|Gtxclk
|1 Gbps için saat sinyali (125 MHz)
|Mac – Phy
|TXCLK
|10/100 Mbps için saat sinyali (2.5/25 MHz)
|Mac – Phy
|Txen
|Verici Etkinleştir
|Mac – Phy
|Txer
|Verici Hatası (Gerekirse Paketi Kasıtlı Olarak Yozlaştırmak için)
|Mac – Phy
|RXD [7..0]
|Alınan veri
|Mac’e Phy
|Alıcı
|RXCLK
|Alınan saat sinyali (alınan verilerden kurtarıldı)
|Mac’e Phy
|RXDV
|Veri Geçerli Sinyal
|Mac’e Phy
|Rxer
|Alma Hatası
|Mac’e Phy
|Seri
|Yalnızca yarım çift yönlü modu için çarpışma tespiti
|Mac’e Phy
|CS (CRS)
|Yalnızca yarım çift yönlü modu için taşıyıcı duyu
|Mac’e Phy
Azaltılmış-GMII (RGMII), Mac arayüzüne neredeyse en popüler gigabit phy’dir, çünkü GMII ile karşılaştırıldığında sinyal sayısını yarıya düşürür ve MII/RMII’ye benzer. Gigabit Communications için, 125 MHz saatinin hem düşen hem de yükselen kenarlarında veriler, veri sinyal sayısının yarıya indirilmesine neden olur. 10/100 Mbps iletişimi ile geriye dönük uyumluluk gerekiyorsa, veri tıkanması için yalnızca yükselen kenar kullanılır. Veri sinyali azaltmaya ek olarak, RGMII modeli zaman çok yönlü TXEN sinyalini TXCTL’de TXCER sinyali ile ve RXCTL ile RXDV ile RXCTL sinyali ile COL ve CRS sinyallerini ortadan kaldırır. RGMII için toplam 12 sinyal pimi kullanılır ve sinyal açıklamaları aşağıdaki Tablo 3’te verilmiştir.
Tablo 3. RGMII Sinyal Listesi
|Sinyal adı
|Sinyal Tanımı
|Sinyal yönü
|TXD [3..0]
|İletilecek veriler
|Mac – Phy
|Verici
|TXC
|Saat İletişli Saat
2.10 Mbps için 5 MHz
100 Mbps için 25 MHz
1 Gbps için 125 MHz (çift kenar)
|Mac – Phy
|TXCTL
|Txen ve txer’in çoğullaması
Yükselen saat kenarında: txen
Düşen saat kenarında: (txen xor txer)
|Mac – Phy
|RXD [3..0]
|Alınan veri
|Mac’e Phy
|Alıcı
|RXC
|Saat Alın
2.10 Mbps için 5 MHz
100 Mbps için 25 MHz
1 Gbps için 125 MHz (çift kenar)
|Mac’e Phy
|RXCTL
|RXDV ve RXER’in çoğalması
Yükselen saat kenarında: rxdv
Düşen saat kenarında: (rxdv xor rxer)
|Mac’e Phy
TXC sinyali Mac tarafından sağlanır ve PHY, RXC sinyalini sağlar. Bunların her ikisi de kaynak senkronize saat sinyalleridir ve saatin hem düşen hem de yükselen kenarlarını kullanırlar, bu da zamanlamayı daha kritik hale getirir. RGMII Standardı, 1 arasında bir saat gecikmesi eklenmesini gerektirir.Düşen ve yükselen kenarlarda geçerli veri sinyallerinin işlenmesini sağlamak için hem TXC hem de RXC sinyalleri için 5 ns ve 2 ns. Neyse ki, PHY ve MAC cihazlarının çoğu RGMII-ID’yi (RGMII-Internal Gecikme) destekliyor ve bu kimlik özelliğini etkinleştirmek ve gecikme süresini ayarlamak dışında başka bir işlem gerekmiyor. Ancak, tasarımcının hem Mac hem de PHY’nin bu dahili gecikme özelliğini desteklediğinden% 100 emin olması gerekir. Bir veya her iki cihaz tarafından desteklenmiyorsa, gecikme, aşağıdaki Şekil 15’te gösterildiği gibi, doğru tasarlanmış serpantinler kullanılarak PCB düzeninin bir parçası olarak uygulanmalıdır.
Şekil 15’e bakarken, dikkatiniz garip bir noktaya çekilebilir: Mac tarafındaki TX sinyalleri, phy tarafındaki TX sinyallerine bağlanmıştır. Bunun nedeni adlandırma sözleşmelerinden kaynaklanmaktadır; Her verici ve alıcı MAC tarafına göre adlandırılır, yani PHY tarafındaki TX ve RX ile etiketlenmiş sinyaller sırasıyla Phy alıcısına ve PHY vericiine karşılık gelir. Ethernet düzenini tasarlamadan önce her zaman adlandırma kurallarını iki kez kontrol edin.
Tek uçlu paralel veri yolu topolojileri, yansımaları ve EMI problemlerini önlemek için hem çıkış sürücü empedansına hem de çizgi karakteristik empedansına uyacak şekilde sürücü tarafında seri sonlandırmaya ihtiyaç duyar. XMII sinyallerinin 50 ohm, tek uçlu olması ve TX sinyallerinin TXC (TXCLK) ile eşleşmesi gerekir. Benzer şekilde, RX sinyalleri RXC (RXCLK) ile eşleşmelidir. Tasarımcılar, iç sonlandırma dirençlerinin varlığı için Phy ve Mac veri sayfasını kontrol etmelidir ve eğer mevcut değilse, gemiye yerleştirilmelidir. Direnç değeri Z0 = 50 ohm ile hat sürücüsü çıkış empedansı arasındaki fark olacaktır. Genel olarak, 20 ohm ve 40 ohm arasındaki değerler işe yarayacaktır, ancak en iyi performansı elde etmek için bazı deneme ve hatalar gerekebilir.
Seri GMII (SGMII), bir TX çifti, bir RX çifti ve bir referans saat çifti kullanılarak bir serileştirici/serileştiriciye (Sırdlar) benzer olması nedeniyle diğer modlara kıyasla oldukça farklı bir konsepttir. Saat frekansı nispeten yüksek olan 625 MHz DDR’dir. Paralel GMII verileri, 8b/10b formatı kullanılarak TX ve RX çiftlerine kodlanır. SGMII, pim sayısını azaltır ve hızı arttırır, ancak dezavantajı, düzenin XMII yöntemlerinden daha karmaşık olmasıdır. Ayrıca, piyasada bulunan entegre Gigabit Mac’lerin çoğu yalnızca XMII arabirimleri için desteğe sahiptir. Tasarımın 1 G+ Ethernet arayüzüne ihtiyacı varsa, SGMII, PHY’den Mac bağlantısının tek seçenektir.
Çoğu Sderdes Yüksek hızlı arayüzler, alıcı-transmitter ortak mod voltaj uyumsuzluklarını önlemek için kapasitif bir bağlantı gerektirir. Diferansiyel çift empedansına göre paralel sonlandırma dirençleri ile birlikte SGMII çiftlerinin TX tarafına yakın 100 NF seri kapasitörler için en az yer tutucuların bulunması önerilir (genellikle 100 ohm veya 150 ohm).
Yukarıda belirtilen XMII arabirimlerine ek olarak’ Pim sayımı, MII yönetim arayüzü için iki sinyal eklenmelidir (MIIM veya MDIO/MDC arayüzü). Bu arayüz I2C veri yoluna benzer ve PHY durumunu elde etmek ve PHY kayıtlarını saat ayarları ve düzeltme rutinleri gibi değiştirilebilir çalışma zamanı parametrelerini ayarlamak için programlamak için üst düzey cihazlar (MAC gibi) tarafından kullanılır. MDC sinyali, Mac tarafından sağlanan 25 MHz saattir ve MDIO, iki yönlü bir açık drain veri sinyalidir, bu nedenle MDIO’nun paylaşılan PHY cihaz sayısına göre yukarı çekilmesi gerekir (genellikle 1 arasında bir direnç ihtiyacı vardır.5 k ohm ve 10 kilohm). Aynı pimleri kullanarak seri yönetim arayüzünü (SMI) tanımlamanın yanı sıra, bazı üreticiler ayrıca, özellikle Ethernet anahtarlarında, kullanım kolaylığı için I2C’ye veya SPI’yi köprülemek için dahili olarak MDC/MDIO pimlerini kullanır.
Ethernet anahtarları
Arayüzlerin fiziksel olarak ayrılması için katı gereksinimler olmadıkça, devre kartınıza birden fazla Ethernet PHY ve MAC cihazları eklemeniz gerekmeyebileceğinden bahsetmeye değer. Multiport Phy ve/veya Mac anahtarları, bir cihaz kullanarak Ethernet arayüz sayımını artırmanın popüler bir yoludur. Bazı anahtarlar sadece PHY arayüzleri anahtara sahiptir ve bazıları Phy ve Mac (XMII) arayüzlerini birleştirir. Birçok alternatif var; Örneğin, KSZ9897S, 5 portlu bir PHY, 1 portlu bir RGMII/GMII/MII ve 1 portlu bir SGMII’yi birleştiren bir seçenektir (bkz. Şekil 18).
Tüm PHY arayüzlerini doğrudan RJ-45 konnektörüne yönlendiren saf bir Ethernet anahtarı tasarlamıyorsanız, başka bir phy’yi phy anahtarına bağlama seçeneği olabilir. En iyi uygulama, RJ-45 konektör çalışmasına benzer şekilde, kartta bulunan tüm PHY arayüzleri için izolasyon transformatörlerini kullanmaktır. Ancak, bu yöntem pahalıdır ve çok fazla tahta alanı kullanır. Tahtada PHY’den PHY bağlantısına, Transformatörler gerektirmeyen arka plan ethernet adı verilen teorik seçenek var. Bunun yerine, tüm çiftler Serisi 100 NF kapasitörler kullanılarak kapasitif olarak birleştirilir. Uzun mesafelerde çalışması garanti edilmese de, teoride, nispeten kısa mesafelerde çok iyi çalışıyor. Bunu denerseniz, AC kuplaj kapasitörlerinden sonra önyargılı dirençler eklemeyi unutmayın ve sadece phy’den biri varsa’S akım modlu bir çizgi sürücüsü vardır (bkz. Şekil 19).
Ethernet için düzen hususları
Yüzlerce veri sayfası sayfasını okuduktan sonra, üreticilerin önerdiği tüm gereksinimleri ve önerileri karşılayan mükemmel bir şekilde tasarlanmış bir şemanız var – ancak tüm bu çaba, temel Ethernet yerleşim hataları nedeniyle kolayca mahvedilebilir veya performansı bozabilir. Bir Gigabit Ethernet arayüzünün tasarımı için, dikkate alınması gereken empedans kontrollü diferansiyel ve tek uçlu sinyaller ve bazı uzunluk eşleştirme ve maksimum uzunluk sınırlamaları vardır. Çoğu zaman, tasarımcı bu yaklaşımı geçersiz kılmaya çalışmadıkça, bu gereksinimler bileşenlerin mantıklı yerleştirilmesi ile otomatik olarak yerine getirilir. Sorun şu ki, genel Ethernet düzeni kurallarına uyulmazsa (Ethernet empedans kontrollü izler için katı referans düzlemleri kullanmamak gibi), iz uzunluklarını kesinlikle eşleştirmek veya maksimum uzunluk sınırlarının altında tutmak için çaba kaybıdır. Bu nedenle, daha spesifik gereksinimler için bir temel sağlamak için belirli Gigabit Ethernet düzeni gereksinimleri tartışılmadan önce genel yüksek hızlı düzen kurallarını kısaca açıklayacağız.
Güç kaynağı
Yüksek hızlı anahtarlama dijital ICS geçici akımları talep edin. Bu geçici akımlar, besleme pimi ve güç rayı arasındaki PCB izinin parazit empedansının, geçici akımlara direnen bir endüktif bileşene (eser genişliğe bağlı) sahip olacağından. Ana kural, her bir pim için en az bir 10 nf ve 100 nf kapasitör ile tüm besleme pimlerine mümkün olduğunca yakın bir kapasitör yerleştirmektir.
Çok katmanlı tahtalar için ayrı güç ve zemin uçakları vardır ve bu nedenle vias kaçınılmaz olarak güç sağlamak için kullanılan yolda kullanılacaktır. Vias’ın da endüktif bir bileşeni olduğundan, bir bypass kapasitörü ile ilişkili besleme pimi arasında hiçbir VIA kullanılmalıdır. Bu kural aşağıdaki Şekil 20’de gösterilmiştir.
Referans düzlemi
Tüm elektronikler için temel kural, Ethernet devresindeki akımın her zaman kaynağına geri dönmesidir. Bu nedenle, sinyaller için her zaman bir dönüş yolu olmalı ve bu dönüş yolu, giden sinyal yoluna sahip bir döngü anteni oluşturacaktır. Döngü alanı küçük tutulursa, EMI/EMC problemi oluşturulmaz, ancak herhangi bir nedenle döngü alanı büyürse, tasarımcı kendilerini şiddetli EMI/EMC sorunlarıyla bulabilir. Bu EMI/EMC sorunları, cihazınızın performansını beklemediğiniz şekilde ciddi şekilde düşürebilir ve en azından ürününüzü yasal olarak pazarlamak/satmak için gerekli sertifikalar ararken EMC testinde başarısız olmanıza neden olabilir.
Yüksek hızlı sinyaller için hem teori hem de deneysel kanıtlara dayanarak, mevcut dönüş yolu altındaki katmandaki izi izleyecektir. Başka bir deyişle, bu bir referans düzlemi. Yüksek hızlı sinyal yönlendirmesinin altında sağlam bir referans düzlemi tutmak, döngü alanını en aza indirecek ve herhangi bir empedans süreksizliğini önleyecektir. Herhangi bir nedenle, yüksek hızlı bir izin altında düzlem boşlukları oluşturulursa, bir dönüş yolu oluşturmak için dikiş kapasitörleri kullanılmalıdır. Güç düzlemi, geçerli kaynağa bir dönüş yolu oluşturan yüksek hızlı bir sinyalin referans düzlemi ise, dikiş kapasitörlerinin kullanımı da önerilir. Bu kurallar, soldaki kötü uygulamaları ve sağdaki iyi uygulamaları gösteren aşağıdaki Şekil 21’de gösterilmiştir.
Yığmak
Geliştirilmiş EMI/EMC performansı ve empedans kontrollü izlerin yönlendirilmesini kolaylaştırmak için en az dört katmana sahip olmak iyi bir fikirdir (e.G., Üst – Zemin – Güç/Zemin – Alt). Bu, Gigabit Ethernet arayüzü için iki katmanlı bir PCB kullanmanın imkansız olduğu anlamına gelmez. Kritik sinyaller için sağlam bir referans düzlemi sağlanırsa, MDI sinyalleri için koruma izleri yönlendirilir ve son olarak, EMI/EMC uyumluluğu için bir gereklilik yoksa, büyük olasılıkla bir laboratuvar tezgahında çalışır. İki katmanlı tahtalar gerçekten sadece deney ve prototipleme için kullanılmalıdır, ancak dört katmanlı panolar bugünlerde çoğu üreticiden sadece biraz daha pahalı olduğundan-4+ katmanlı bir kartın faydaları küçük ek masraflara değer.
İz özellikleri ve geometri
PCB’deki her iz, referans düzlemine göre hesaplanan karakteristik bir empedansa sahip olacaktır. Altium Designer, yerleşik empedans hesaplama araçlarına sahiptir; Bununla birlikte, yüksek hızlı sinyaller için, performansın simüle edilmesine ve hesaplamaların doğrulanmasına yardımcı olacak birçok araç vardır. Mevcut hesaplama araçlarının yanı sıra birçok matematiksel formül var, örneğin “Satürn PCB Aracı (Ücretsiz)” ve bu hesaplamaları gerçekleştirebilen kutup enstrümanları tarafından sunulan lisanslı bir araç.
PCB yığınına göre gerekli empedans için gerekli eser genişlik ve dielektrik aralığı kolayca hesaplanabilir. Genel olarak konuşursak, 90 ° bükülmeleri kullanmak için 45 ° viraj kullanmak tercih edilir. Aynı zamanda, herhangi bir karışıklık önlemek ve aksaklık bağışıklıklarını artırmak için mümkün olduğunca ayrılırlarsa izler, yılenler ve çiftler daha iyidir. Ayrıca, saplamaların kullanımından kaçınılmalıdır. Son olarak, bitişik katmanlar arasında karışıklık önlemek için, aralarında sağlam bir düzlem olmadıkça, katmanlar boyunca herhangi bir paralel sinyal yönlendirmesinden kaçınılmalıdır. Bu kurallar, soldaki kötü uygulamaları ve sağdaki iyi uygulamaları gösteren aşağıdaki Şekil 22’de gösterilmiştir.
İletim hatları
Bir mikroşerik yaması ve yuva antenlerinin, şanzıman ve alım için kasıtlı olarak elektromanyetik alanlar oluşturmak için tasarlandığını biliyoruz. Kötü tasarlanmış bir PCB, yanlışlıkla farklı frekanslarda yayılan birçok kasıtsız antene sahip olabilir. İz bir iletim hattı ise, yansımalar gerçekten büyük bir sorun olabilir. İzler koyarken, tasarımcı, eser uzunluğunun bir anten olarak hareket edip edemeyeceğini ve yürütülen sinyali yayılan bir sinyale dönüştürüp dönüştürmediğini ve herhangi bir yansımayı önlemek için bir sonlandırma direnci gerekip gerekmediğini kabaca tahmin etmelidir. Bazı temel kurallara dayanan aşağıdaki örnekler bu sorunları açıklayacaktır.
İlk olarak, anten problemini düşün. Anten iz uzunluğu λ/4, λ/2 veya λ ise en yüksek radyasyon seviyeleri elde edilir. Bununla birlikte, uzunluk taşıyıcı frekansının λ/20’sinden daha kısaysa, anten etkisinin gözlemlenmesi beklenmez. Genel bir kural olarak, maksimum uzunluğun güvenli tarafta olması için λ/40 figürü kullanıyoruz.
İkinci sorun, doğrudan bant genişliği ile ilgili olduğu için sinyal yükselme süresinden gelir. Kenarlar daha keskin olursa, bant genişliği o kadar yüksek olur. Bir FR4 kartında mikroşerit yapılandırması için sinyal 6 hızda seyahat eder.146 ps/mm. 340 ps’lik bir artış süresi olan bir sinyal düşünerek, (1/10)*(340/6 uzunluğundan daha kısasa, iz sonlandırılabilir.146) = 5.53mm. Bir sonlandırma dirençine sahip olmak her zaman daha iyidir, ancak daha kısa bir iz, yansımalar ve ayakta duran dalgalarla ilgili herhangi bir sorun olmaması gerektiği anlamına gelir.
Yüksek hızlı Ethernet devre düzen tasarımının arkasındaki ilkeler büyük bir konu olduğundan, bu kısa makalede tüm yönlerine dokunmak neredeyse imkansızdır. Tıpkı genel başparmak kuralları kısaca belirtildiği gibi, aşağıdaki tablo bazı tipik Gigabit Ethernet düzeni kısıtlamaları ve gereksinimleri sağlar.
Tablo 4. Gigabit Ethernet Düzen Gereksinimleri
|Arayüz
|Parametre
|Gereklilik
|MD
|İz empedansı
|100 Ω diferansiyel (95 Ω ±%15)
|MD
|Fesih Gereksinimi
|Paralel sonlandırma (100 Ω veya bölünmüş 2 x 49.9 ω)
|MD
|Maksimum. Çift içi eğri
|MD
|Maksimum. Çiftler arası eğri
|MD
|Maksimum. Phy ve manyetik arasındaki eser uzunluk
|MD
|Min. Çift-Çift Aralığı
|> 450 um
|MD
|Maksimum. İzin verildi
|Tüm MDI izleri için 2 Vias
|XMII
|İz empedansı
|50 Ω single (50 Ω ±%15)
|XMII
|Fesih Gereksinimi
|Seri sonlandırma (sürücü çıkış empedansına göre 20 Ω ila 40 Ω)
|XMII
|Maksimum. Sürücü yükü
|35 PF – Bu arayüz çıkışları, birden fazla yük, konektör veya kablo sürmek için tasarlanmamıştır. Gemide kullanılması daha iyidir.
|XMII
|Önerilen Max. Eser uzunluk
|50 mm
|XMII
|Maksimum. Eser uzunluk
|150 mm – Sadece iç katmanlara tüm izler yerleştirilirse (önerilmez)
|XMII
|Uzunluk eşleşen tolerans
|10 mm – TXC (TXCLK) ve RX Sinyalleri RXC (RXCLK) ile TX sinyalleri
Belirtilen bu kısıtlamalara ek olarak, ayrı manyetik yerleşim yerleşimi de özel bir bakıma ihtiyaç duyabilir. Geliştirilmiş ESD ve EMI/EMC bağışıklığı sağlamak için ayrı bir zemin düzlemi oluşturulmalıdır ve diğer tüm uçaklardan en az 2 mm ile kesinlikle ayrılmalıdır (bkz. Şekil 23).
Çözüm
Bu makalenin amacı, devre kartlarına Gigabit Ethernet Pinout arayüzlerini eklemek isteyen herhangi bir tasarımcıya rehberlik etmektir ve tüm önemli teorik yönleri kapsamaya çalıştık. Altium Designer blogunda, yüksek hızlı yönlendirme, Ethernet eşleştirme ve Gigabit Ethernet ve diğer yüksek hızlı devre sinyallerinin başarılı yönlendirilmesi ile ilgili diğer konular hakkında daha fazla derinliğe dalan birçok makaleye sahiptir. Bu kılavuz, özellikle yüksek hızlı yönlendirme tekniklerinin Gigabit Ethernet Pinout için nasıl uygulandığına dair iyi bir temel sağlamalıdır.
Ben’Başarılı Gigabit Ethernet yönlendirmesinin temelleri için iyi bir rehber sağlamaya çalıştı’Birlikte çalıştığınız IC’lerin veri sayfasındaki önerilen düzeni ve yönergeleri izlemek her zaman iyi bir fikir. Bu makalenin bir takibi olarak’Özellikle Gigabit Ethernet için tasarım kurallarını ayarlamaya bakacak. Doğru tasarım kurallarına sahip olmak, acı verici bir yönlendirme ile sinir bozucu prototipleme/test deneyimi ile tasarımınızı başarılı olmaya zorlayan Altium Designer arasındaki farkı yaratabilir.
Gigabit Ethernet ile çalışmak ilk kez meydan okuyor olabilir, ancak diğer yüksek hızlı devre arayüzlerinden daha fazla değil. Gigabit Ethernet uygulamalarının gereksinimleri, yüksek hızlı arayüzler söz konusu olduğunda muhtemelen en affedicidir. İyi düzen ve yönlendirme uygulamalarını kullanarak, şemanızda doğru fesih ve diğer bileşen seçimlerine sahip olmak, tasarımınızın son derece başarılı olması muhtemeldir. Ethernet devre kartınızda 4 veya daha fazla katman kullanmak, tasarımınızın yönlendirilmesini büyük ölçüde kolaylaştırarak başarı şansınızı artıracaktır. Bu, Gigabit Ethernet’teki çeşitli topraklama şemalarını takip edebilmenizi sağlayabilir.
Altium’un bir sonraki PCB tasarımınızda size nasıl yardımcı olabileceği hakkında daha fazla bilgi edinmek ister misiniz?? Ethernet diferansiyel empedansı hakkında daha fazla soru? Altium’da bir uzmanla konuşun.
AB Güç Kaynağı ile Gigabit Ethernet Switch – 4 Port
Bu kompakt taşınabilir Gigabit Ethernet anahtarı, kolay ağ genişlemesini sağlar ve bir USB bağlantı noktasından güçlendirilebilir.
- Küçük bir ağ oluşturun veya mevcut bir ağa bağlantı noktası ekleyin.
- Ayrıca bir PC’nin USB bağlantı noktasından güçlendirilebilir, bu nedenle yedek bir çıkış bulmaya gerek yoktur
- Dört Otomatik Düzenleme 10-/100-/1000-Mbps bağlantı noktası
- Autonegotiating Yarı/Tam Dütekli
- Tüm bağlantı noktalarında Auto-MDI/MDI-X işlevi, bu nedenle çapraz sıralı kablolara gerek yok
- Bloke edici olmayan, mağaza ve ileri anahtarlama yöntemi
- Görülmesi kolay LED göstergeleri.
- Kolay tak ve oynatma işlemi.
- Garanti: 1 Yıllık Double Diamond ™ Garanti (Standart)
Black Box LGB304A, dört 10/100/1000 Mbps RJ45 bağlantı noktasına sahip kompakt bir Gigabit Ethernet anahtarıdır. Tipik uygulamalar küçük çalışma grupları için LAN bağlantısı içerir.
Anahtar, bağlantı noktası sayımlarını genişletmek için küçük, taşınabilir bir anahtar gerektiren denetçiler gibi mobil ekipler için idealdir. Anahtar, bir USB bağlantı noktasından veya dahil edilen güç adaptöründen güçlendirilebilir. Anahtar, satır hızı sağlar, engelleme işlemi. Portlar, yarım/tam dubleks otomatik olarak kullanıyor ve bağlantı noktası durumunu görüntülemek için LED göstergeleri içeriyor. Bu yönetilmeyen anahtar fiş ve oynatır ve herhangi bir yapılandırma gerektirmez.
Filtreleme ve yönlendirme oranı –
10 Mbps: 14.880 pps;
100 Mbps: 148.800 pps;
1000 Mbps: 1.488.000 pps
MAC adresleri – 1k
Standartlar – IEEE 802.3 10Base-t, IEEE 802.3U 100base-tx, IEEE802.3AB 1000Base-T, IEEE802.3x akış kontrolü
Anahtarlama yöntemi –Mağaza ve ileri
Konektörler – (4) RJ-45, (1) Güç
Göstergeler –
LED’ler: Birim başına: (1) güç;
Bağlantı noktası başına: (1) bağlantı/hareket, (1) 1000m
Güç – Bilgisayarın USB bağlantı noktasından Güç Kablosu (dahil) veya 100-240 VAC, 50-60 Hz harici güç kaynağı (dahil) üzerinden;
Çıktı: 5 VDC, 1.2 amper, 6 watt maks.
Boyut – 2H x 6.2W x 7.9d cm (0.8 “H x 2.4 “W x 3.1 “D)
Ağırlık – 0.2 kg (0.4 lb.)