以太網接口硬件知識

以太網口是我們日常工程中常用的通信接口，以太網接口有很多種，本文將對常用以太網接口進行科普介紹。

1、GMII接口

GMII接口屬于源同步時鐘類型（時鐘與數據都是由同一芯片驅動），時鐘速率125MHz，接口連接關系如圖1所示，22根線，其中TX_EN, TX_ER, TXD<7:0>這些信號同步于TX_CLK；RX_DV, RX_ER,

圖1 GMII接口原理框圖

RXD<7:0>這些信號同步于RX_CLK。其它的兩個信號CRS, COL只用于半雙工模式，一般設計中不會用到，而且這兩個信號與時鐘是異步的，對這兩個信號不做要求。各信號說明見表1。

表1 UTOPIA LEVEL 2接口信號說明

1、要求同方向的時鐘數據嚴格等長，即TX_EN, TX_ER, TXD<7:0>這些控制/數據信號與TX_CLK等長；RX_DV, RX_ER, RXD<7:0>這些控制/數據信號與RX_CLK等長。一般設計中，要求控制/數據信號與時鐘信號的長度差不大于1cm（約0.1ns）。

2、要求信號的發送端（包括時鐘/數據/控制信號）串接33歐姆電阻以減小反射，提高信號完整性。

3、信號走線中要注意保持阻抗的連續性，盡量減少過孔數量（一般過孔數量在3個以內）

4、因信號線較多，在布局允許情況下，PHY與MAC盡量靠近，減小高速信號受的串擾。

RGMII屬于源同步時鐘類型，最初是由HP制定的一個GMII精簡版專利標準，得到各大主流廠家的認可，成為一個普遍應用的關于xMII系列接口的標準。RGMII經歷了1.0\\1.1\\1.2\\1.2a\\1.3\\2.0幾個版本。從2.0版本開始支持HSTL，之前的版本支持2.5V CMOS。

TXC/RXC時鐘頻率支持125MHz，25MHz,2.5MHz，可以適配1000M,100M,10M速率。在時鐘的上升沿和下降沿均進行數據采樣，相比GMII接口，數據信號線收發方向各減半變為4根，信號線總共有12根。如圖2和表2說明。

圖2 RGMII接口原理框圖

表2 RGMII接口信號說明

1、要求同方向的時鐘數據嚴格等長，即TX_CTL，TXD<3:0>這些控制/數據信號與TXC等長；RX_CTL，RXD<3:0>這些控制/數據信號與RXC等長。一般設計中，要求控制/數據信號與時鐘信號的長度差不大于0.5cm（約0.05ns）。

2、要求信號的發送端（包括時鐘/數據/控制信號）串接33歐姆電阻以減小反射，提高信號完整性。

3、信號走線中要注意保持阻抗的連續性，盡量減少過孔數量（一般過孔數量在3個以內）。

4、因信號線較多，在布局允許情況下，PHY與MAC盡量靠近，減小高速信號受的串擾，線長最好小于4000mil。

SS_SMII（又叫S3MII）接口屬于源同步時鐘類型，接口原理框圖如圖3所示，時鐘速率125M Hz；信號與時鐘間的關系等同于GMII。

圖3 S3MII接口原理框圖

1、要求TX_SYNC, TXD信號與TX_CLK等長；RX_SYNC, RXD信號與RX_CLK等長。一般設計中，要求控制/數據信號與時鐘信號的長度差不大于1cm（約0.1ns）。

2、要求信號的發送端（包括時鐘/數據/控制信號）串接33歐姆電阻以減小反射，提高信號完整性。

3、信號走線中要注意保持阻抗的連續性，盡量減少過孔數量（一般過孔數量在3個以內）。

4、在時間允許的情況下，盡量對接口進行仿真。

SMII接口公共時鐘模型（兩端芯片的時鐘來自共同的時鐘BUFFER），時鐘速率125M Hz，接口原理框圖如圖4所示；并不要求數據線與時鐘等長。

圖4 SMII接口原理框圖

2、要求SYNC，TXD，RXD這幾個信號走線盡量短；（從芯片資料理論上看出這些線

的最大長度為1.5ns，21cm；但由于芯片差異性較大，因此實際布線中盡量走短）。

RMII接口屬于公共時鐘傳輸模型，時鐘速率50M Hz；并不要求數據線與時鐘等長。圖5所示為RMII接口的原理框圖。

圖5 RMII接口原理框圖

設計時可以先考慮使REFCLK1, REFCLK2等長。
要求其它的數據/控制信號走線盡量短；（RMII規范規定信號的驅動能力在包含負載輸入電容情況下不小于12inch，也就是30cm；但由于芯片差異，實際布線情況下盡量短）。
要求信號的發送端（包括時鐘/數據/控制信號）串接33歐姆電阻以減小反射，提高信號完整性。