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以太网 PHY 接入 · 标准参考设计

千兆集成网口电路:集成网络变压器 RJ45 参考设计(电流型 PHY)

  • 非 PoE
  • TD 磁性结构
  • 外置端接电流型架构

版本 D1.4 TD结构版验证状态 图文核查完成,未做硬件测试作者 沃虎技术团队审核 Geoffery Bob(FAE 工程师)审核日期 发布 更新

千兆集成网口电路:集成网络变压器 RJ45 参考设计(电流型 PHY)原理图(标准设计参考 D1.4)
千兆集成网口电路:集成网络变压器 RJ45 参考设计(电流型 PHY) · 标准设计参考原理图(D1.4)

千兆集成网口电路要点

PHY 侧端接与偏置

R1-R8 各为 49.9Ω±1%,八条 MDI 线分别经电阻接 VBIAS;四路 PHY 侧中心抽头 CT_A-CT_D 同接 VBIAS。

每处保留就近旁路

C1-C4 靠近各对端接,C5-C8 分别靠近四路 CT;各以 10nF 从 VBIAS 旁路至 GND。同一电源网仍保留各处就近旁路。

TD 结构与四对数据

每路为 1:1 隔离变压器 + CMC。A/B/C/D 分别接 RJ45 的 1/2、3/6、4/5、7/8;四对线全部参与双向收发。

共模端接与屏蔽

四路线缆侧变压器 CT 各经 75Ω 汇入 BS,再经 CBS(1nF / HV)接 SHIELD;金属壳直接接 SHIELD。图示 Bob Smith 为 J1 内部电路。

适用范围

非 PoE;采用外置端接、CT 需偏置供电的电流型架构。VBIAS、最终旁路值和模块规格按选型核定;本图未设置 GND 与 SHIELD 的耦合网络。

千兆集成网口原理图怎么读

  • VBIAS 同名端相连;实际电压按 PHY 原厂规定。
  • C1-C8 均为旁路电容,10nF 为本参考架构取值。
  • TD:隔离变压器 + CMC;线缆侧 CT 各经 75Ω 接 BS。
  • 四对线全部用于收发;RJ45 的 4/5、7/8 不短接。
  • 圆点 = 连接;跨线弧 = 不连接;绕组旁点 = 同名端。
  • 虚线框内为 J1 内部电路;GND 与 SHIELD 分网。

相关沃虎器件(选型参考)

以上料号为本参考设计 PDF“产品图示”所列的沃虎器件,用于选型参考;最终型号须按 PHY 原厂资料与电路参数逐项复核。

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器件设计理由与技术依据

器件 / 参数数量与位置设计理由依据与页码
U1 / 电流型 PHY1 个,J1 外四对 MDI 均双向收发。本图限定为需要外置并联端接、且 PHY 侧 CT 需供电的架构。其余电源、时钟、复位和 MAC 接口按所选 PHY 补齐。TI E1 §8;Microchip E2 p2-4
R1-R8 / 49.9Ω±1%8 颗,J1 外A 对 R1/R2;B 对 R3/R4;C 对 R5/R6;D 对 R7/R8。每条线各经一颗电阻接 VBIAS,构成该架构的端接与偏置;端接中点不接 GND。TI E1 p10 图8;Microchip E2 p2-3
C1-C4 / 10nF4 颗,J1 外依次对应 A/B/C/D 的端接中点,就近连接 VBIAS 与 GND,降低端接处偏置网络的高频阻抗。10nF 取自参考架构,不是所有 PHY 的统一规定。TI E1 p10
C5-C8 / 10nF4 颗,J1 外分别旁路 CT_A/CT_B/CT_C/CT_D。CT 直连 VBIAS,电容为对地并联支路;各处就近放置,不能仅因同名电源而默认合并为一颗。TI E1 p10 图8
VBIAS / 偏置网同名端相连为八颗端接及四个 PHY 侧 CT 提供所需偏置。电压及允许上限按 PHY 确认;本图不固定为 3.3V,也不把该网当作电路地。TI E1 p10;Microchip E2 p2、4
T_A-T_D / 1:14 路,J1 内传输差分信号并隔离 PHY 与线缆。PHY 侧 CT 接 VBIAS;线缆侧 CT 引至各自的 75Ω。匝比为 1:1;电感、损耗、串扰及隔离条件须匹配 PHY。Microchip E2 p3-4;Microchip E4 p5 图3
CMC_A-CMC_D4 路,J1 内双绕组共模扼流圈串在线缆侧两条数据线上,与隔离变压器组成 TD 通道;用于抑制共模干扰。其差模插损及频率特性也须符合信号要求。Microchip E4 p4-5,图3
TD / 四路磁性通道4×T + 4×CMC本图 TD 指隔离变压器加共模扼流圈,不含自耦绕组。Bob Smith 从 CMC 之前的变压器线缆侧 CT 引出;PHY 侧 CT 与之保持隔离。Microchip E4 p5 图3;Microchip E2 p4
RBA-RBD / 75Ω4 颗,J1 内分别连接 T_A/T_B/T_C/T_D 的线缆侧 CT 与公共 BS。四路先各自经过 75Ω 后再汇合,形成共模端接;不得先将四个 CT 直接短接。外部不重复加装。Microchip E2 p4;Microchip E4 p5 图3
CBS / 1nF,HV1 颗,J1 内BS 经电容交流耦合到 SHIELD,并隔断该支路直流。1nF 见 E1/E2;E1 示例为 3kV,E2 为 2kV。最终耐压及试验条件按模块核定,不能作为浪涌钳位器。TI E1 p11;Microchip E2 p4
J1 / RJ45 与屏蔽壳1 个集成模块A→1/2、B→3/6、C→4/5、D→7/8,均为数据对。SHELL 直接接 SHIELD;虚线边框表示器件归属。图示模块含四路 TD、75Ω 及 CBS,选型须逐项确认。Microchip E2 p4-5;Microchip E4 §3.8
GND / SHIELD两个不同网络GND 为 PHY 电路地;CBS 的屏蔽侧与金属壳同接 SHIELD。本图不规定 GND、机壳和 PE 的整机关联,也未画额外 RC 耦合支路。TI E1 p11;Microchip E2 p5

原厂资料与采用范围

  1. E1 · Texas Instruments AN-1263 / SNLA056D,Rev. D,2013,p10-11。仅采用外置端接、CT 偏置和就近旁路;p14 的 TDA 图不作为本版 TD 结构依据。
  2. E2 · Microchip / SMSC LAN8810 QFN Schematic Checklist,Rev. B,2014,p2-5。交叉核对端接、CT 供电、线对映射、Bob Smith 与屏蔽。
  3. E3 · 裕太微 / Motorcomm 《YT8511 的应用说明》V1.2,p3,原厂署名公开转载。该文为电压型、片内端接,仅用于架构排除,不作为本图电流型接法依据。
  4. E4 · Microchip / Microsemi ENT-AN0098 / VPPD-01740,Rev.2.2,2018-06,正文 p4-5(PDF p6-7),图3。仅采用线缆侧双绕组 CMC 的 TD 结构及 CT 端接位置;PHY 侧 CT 供电仍按 E1/E2。

使用边界

本图为非 PoE 的 MDI 接口参考电路。实际 PHY 和 MagJack 选型后需复核参数、封装脚号及整机接地,并进行链路、MDI、EMC 和绝缘验证;本文件核查不替代硬件测试。

千兆集成网口电路常见问题

千兆电流型 PHY 的中心抽头要不要接 3.3V?

要接偏置,但不一定是 3.3V。本图四路 PHY 侧中心抽头(CT_A-CT_D)和八颗 49.9Ω 端接电阻都接 VBIAS,C5-C8 各以 10nF 就近旁路到 GND。VBIAS 的电压及允许上限须按所选 PHY 原厂资料确认,本图不固定为 3.3V,也不把 VBIAS 当作电路地。

49.9Ω 端接电阻的中点可以直接接地吗?

不可以。本图每条 MDI 线各经一颗 49.9Ω±1% 电阻接 VBIAS(A 对 R1/R2、B 对 R3/R4、C 对 R5/R6、D 对 R7/R8),端接中点不接 GND,由 C1-C4(10nF)就近从 VBIAS 旁路到 GND。该接法只适用于需要外置并联端接、CT 需供电的电流型架构。

C1-C8 都是 10nF、都接 VBIAS,能合并成一两颗吗?

不建议合并。C1-C4 靠近各对端接中点,C5-C8 分别靠近四路 CT,同一电源网仍保留各处就近旁路,不能仅因同名电源而默认合并为一颗。10nF 是本参考架构取值,不是所有 PHY 的统一规定,最终旁路值按选型核定。

用集成 RJ45 时,板上还要再加 Bob Smith 的 75Ω 和 1nF 吗?

本图外部不重复加装。图示 J1 集成模块内部含四路 TD、RBA-RBD(75Ω)和 CBS(1nF/HV):四路线缆侧 CT 各经 75Ω 汇入 BS,再经 CBS 接 SHIELD,构成 Bob Smith 共模端接。但模块是否确实含这些元件及其耐压,须按所选模块规格逐项确认。

这里的 TD 磁性结构指什么?RJ45 的 4/5、7/8 要不要短接?

TD 指每路 1:1 隔离变压器加线缆侧双绕组共模扼流圈(CMC),不含自耦绕组;Bob Smith 从 CMC 之前的变压器线缆侧 CT 引出。1000BASE-T 四对线全部双向收发,A/B/C/D 分别接 RJ45 的 1/2、3/6、4/5、7/8,所以 4/5、7/8 不短接。

Reference design · PDF

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《1000BASE-T 集成式网络接口 & 电流型 PHY》 · D1.4 · 3 页

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