簡(jiǎn)化以太網(wǎng)設(shè)計(jì)，第 1 部分：以太網(wǎng) PHY基礎(chǔ)知識(shí)和選擇過(guò)程

作者：Ross Pimentel 和 Aniruddha Khadye

是 100BASE-T1、1000BASE-T、100BASE-TX、10BASE-T 還是 10BASE-Te？對(duì)于那些不精通以太網(wǎng)物理層（PHY）術(shù)語(yǔ)的人來(lái)說(shuō)，評(píng)估各種類型可能會(huì)讓人不知所措。所有這些數(shù)字、符號(hào)和首字母縮略詞是什么？什么是媒體獨(dú)立接口 （MII）？汽車PHY和工業(yè)PHY有什么區(qū)別？如何為互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議攝像機(jī)、遠(yuǎn)程信息處理控制單元和可編程邏輯控制器選擇 PHY？是否所有 PHY 都滿足各種現(xiàn)場(chǎng)總線要求？

在“SimpliPHY 您的以太網(wǎng)設(shè)計(jì)”技術(shù)文章系列的第 1 部分中，我們將介紹以太網(wǎng) PHY 基礎(chǔ)知識(shí)，以幫助您為最終應(yīng)用選擇合適的 PHY。我們還包括 TI PHY 選擇流程圖，以幫助您簡(jiǎn)化 PHY 選擇流程。

滿足業(yè)界最低延遲的 10/100-Mbps 以太網(wǎng) PHY

DP83826E 可縮短系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間或在菊花鏈網(wǎng)絡(luò)中添加額外節(jié)點(diǎn)，而不會(huì)增加系統(tǒng)規(guī)模或成本。

什么是以太網(wǎng) PHY？

基本的以太網(wǎng)PHY實(shí)際上非常簡(jiǎn)單：它是一個(gè)PHY收發(fā)器（發(fā)射器和接收器），將一個(gè)設(shè)備物理連接到另一個(gè)設(shè)備，如圖1所示。這種物理連接可以是銅纜（例如 CAT5 電纜、家庭中使用的藍(lán)色跳線）或光纖電纜。

圖1：以太網(wǎng)系統(tǒng)圖

互聯(lián)網(wǎng)的最初概念是一種網(wǎng)絡(luò)，可以快速，可靠，安全地將數(shù)據(jù)從一所大學(xué)交換到另一所大學(xué)，從而創(chuàng)建了以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。電氣和電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）隨后在以太網(wǎng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了擴(kuò)展，采用了新的速度（數(shù)據(jù)速率），物理介質(zhì)（電纜材料）和PHY功能，使以太網(wǎng)的擴(kuò)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。

以太網(wǎng) PHY 的功能是什么？

以太網(wǎng) PHY 有兩個(gè)主要功能。

首先，PHY 具有一個(gè)數(shù)字域，該域直接連接到現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列 （FPGA）、微控制器 （MCU） 或中央處理器 （CPU） 等設(shè)備的媒體訪問(wèn)控制器 （MAC）。PHY 將在某種程度上具有 MII，這是一種 4 位寬的數(shù)據(jù)總線，在發(fā)送和接收方向上具有控制線和時(shí)鐘線。MII 有各種不同的形式，具體取決于 MAC 和 PHY 的速度，并且具有不同的引腳數(shù)。表 1 顯示了最常見(jiàn)的 MII，并提供了選擇過(guò)程中要考慮的優(yōu)缺點(diǎn)的高級(jí)摘要。

表 1：根據(jù)引腳數(shù)和速度支持列出的常見(jiàn) MII

其次，PHY 具有介質(zhì)相關(guān)接口 （MDI），可通過(guò)物理介質(zhì)將一個(gè)設(shè)備（同樣是 FPGA、MCU 或 CPU）連接到另一個(gè)設(shè)備。這通常被稱為PHY的模擬域，因?yàn)樗且粋€(gè)連續(xù)的時(shí)變信號(hào)。

根據(jù) MDI 為您的系統(tǒng)選擇合適的以太網(wǎng) PHY

現(xiàn)在我們已經(jīng)介紹了 PHY 的功能，讓我們應(yīng)用這些知識(shí)為您的系統(tǒng)找到合適的 PHY。大多數(shù)集成電路制造商為其PHY提供以下規(guī)格和功能：

數(shù)據(jù)速率（10 Mbps、100 Mbps、1 Gbps）。

接口支持（MII、RMII、GMII、RGMII、SGMII）。

媒體支持（BASE-T、BASE-TE、BASE-TX、BASE-T1）。

記住這些信息后，您可以從數(shù)據(jù)速率開(kāi)始瀏覽列表，并將其與最終應(yīng)用所需的數(shù)據(jù)速率相匹配。接下來(lái)，確定應(yīng)用程序通常使用的標(biāo)準(zhǔn)。例如，自2015年以來(lái)，汽車以太網(wǎng)已經(jīng)大大擴(kuò)展，現(xiàn)在通常由半導(dǎo)體制造商提供。因此，中等標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)重要的考慮因素，因?yàn)锽ASE-T1與BASE-T完全不同。

另一個(gè)例子是，消費(fèi)電子產(chǎn)品和大多數(shù)工業(yè)應(yīng)用使用10BASE-Te，100BASE-TX和1000BASE-T，因?yàn)镻C支持這些標(biāo)準(zhǔn)。如果您的應(yīng)用是汽車，則支持 BASE-T1 的 PHY 是最合適的解決方案。此規(guī)則的例外是汽車板載診斷 （OBD） 端口，它們通常使用 BASE-T 或 BASE-TX 接口（再次）支持 PC 連接。表 2 概述了常見(jiàn)的 MDI 及其常見(jiàn)系統(tǒng)。

表2：常用計(jì)量吸入器的比較表

大多數(shù)商業(yè)和工業(yè)PHY支持多種數(shù)據(jù)速率。這些 PHY 包括一種稱為自動(dòng)協(xié)商的機(jī)制，這是 PHY 交換有關(guān)功能支持信息的一種方式，使他們能夠以盡可能高的速度進(jìn)行鏈接。

TI 以太網(wǎng) PHY 選擇流程圖

如果您已準(zhǔn)備好將以太網(wǎng) PHY 知識(shí)付諸實(shí)踐，圖 2 是一個(gè)簡(jiǎn)單的 PHY 選擇流程圖，可幫助您確定適合您設(shè)計(jì)的 TI 器件。訪問(wèn)我們的以太網(wǎng) PHY 概述，了解有關(guān)此流程圖中特色設(shè)備的更多信息，包括用于支持工業(yè) 4.0應(yīng)用的 DP83826E 低延遲以太網(wǎng) PHY，以及用于空間受限的汽車應(yīng)用的 DP83TC811S-Q1 100BASE-T1 以太網(wǎng) PHY。

圖 2：TI 以太網(wǎng) PHY 選擇流程圖

請(qǐng)繼續(xù)關(guān)注我們的 PHY 選擇系列的第二部分，該系列將探索 PHY 原理圖捕獲和布局的最佳實(shí)踐，以幫助最大限度地減少噪聲、輻射和信號(hào)損失。