【產品應用】ePort-M PCB設計技巧與案例分享

為了讓ePort-M模塊的PCB設計更簡單，提高硬件直通率，本文將介紹ePort-M的PCB設計技巧，并通過實際案例說明PCB布局布線對ePort-M的影響。

產品簡介

在傳統(tǒng)方式的網絡通訊電路設計中，MCU的MAC控制器應先通過RMII信號線連接至PHY芯片，再經由網絡變壓器連接至RJ45座子，設計過程復雜，對設計人員要求較高，且遇到問題需要改動時，非常不便。

ePort-M百兆以太網模塊采用RMII接口，內部集成了PHY芯片與網絡變壓器，用戶使用時僅需完成MCU的MAC控制器和ePort-M模塊管腳之間的走線即可，使得網絡通訊電路設計簡單化，縮短了開發(fā)時間，降低了設計人員要求。

圖1 網絡通訊電路設計示意圖

??PCB設計技巧

在使用ePort-M進行PCB設計時，建議遵循以下幾點設計規(guī)則：

RMII信號線布線時需控制單端50歐阻抗匹配，避免阻抗不連續(xù)造成信號反射，影響通訊質量；

RMII中TX組與REF_CLK的串聯匹配電阻（如圖2中的R5~R8）布局時應靠近信號發(fā)射端即MCU端放置；

RMII走線間距建議至少保持2W，若受限PCB空間，應優(yōu)先確保REF_CLK的間距要求；

RMII信號線以REF CLK時鐘線為基準進行等長布線，建議控制在200mil左右；

RMII信號線及MDC/MDIO應遠離板上其它干擾源布線，如遠離開關電源等；

RMII信號回流平面應完整；

當使用一路MDIO接口同時管理多路ePort-M時，MDIO走線推薦按圖3所示方式布線。

圖2 ePort-M典型應用電路

圖3 MDC/MDIO推薦布線

? 案例分享

當PCB設計未能遵循上述設計規(guī)則時，可能會造成ePort-M模塊通訊異常，輕則速率達不到要求，重則無法ping通。下面以實際案例說明。某塊搭載雙路ePort-M模塊的工控底板在實際使用過程中，其網口無法正常通訊，出現頻繁Link Up與Down的情況，長ping測試結果如圖4所示。工控底板PCB布局布線如圖5所示。

圖4 工控底板網口長ping測試結果

圖5 雙路ePort-M工控底板PCB圖

經分析，該底板PCB設計有以下幾點問題：

RMII中TX組信號線的串接電阻布局于ePort-M端，正常應布局在核心板/MCU端（案例中REF_CLK串接電阻已集成在核心板上）；

同組RMII信號線布線間距過近，可能會造成線間干擾；

不同組RMII信號線相鄰層平行布線，可能會造成層間干擾；

RMII信號線未控制阻抗，會造成信號反射；

RMII、MDC/MDIO信號線布線與5V_DC-DC開關電源電路相鄰，導致RMII、MDC/MDIO受到干擾。

據此，我們采集了工控底板RMII各信號與MDC/MDIO的波形，發(fā)現MDIO信號波形有明顯異常，其波形如圖6所示。

圖6?工控底板的MDIO波形

進一步分析發(fā)現工控底板的MDIO脈沖頻率與DC-DC電源電路的開關頻率相近，測得其兩者波形如圖7所示，可見兩者具有強相關性。

圖7?DC-DC輸出信號與MDIO信號波形

對此情況，我們將DC-DC開關電源電路斷開，直接由外部電源供電，經測試，兩路網均口能夠正常通訊，且通訊速率符合要求，通訊速率測試結果如圖8所示。

圖8 外部供電時網口通訊速率測試結果

通過上述案例可見，PCB布局布線對ePort-M模塊的通訊質量具有較大影響，工程師在進行PCB設計時，應滿足上文所述的設計規(guī)則。