大家好，我是王工。今天跟大家分享一下以太网相关基础知识。

以太网（Ethernet）是我们日常生活中最常见的网络通信方式之一，广泛应用于：

路由器、交换机——构建局域网（LAN）

电脑、服务器——高速数据传输

工业设备、智能家居——稳定可靠的通信

本文将分析以太网硬件设计，涵盖MAC/PHY架构选择、网络变压器作用、PCB布局走线要点，帮助大家优化设计，提高通信稳定性。

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以太网电路硬件架构

以太网接口的硬件电路通常由以下部分组成：
🔹 CPU（处理数据）
🔹 MAC（媒体访问控制层）
🔹 PHY（物理层芯片）
🔹 网络变压器（信号隔离与增强）
🔹 RJ45接口（物理连接）

随着芯片集成度提高，设计方式也在不断优化，以下是几种常见方案对比：

MDIO总线接口，主要是完成CPU对于PHY芯片的寄存器配置；MII即媒体独立接口，也叫介质无关接口。常见的有MII、RMII、GMII、RGMII等。“媒体独立”表明在不对 MAC 硬件重新设计或替换的情况下，任何类型的 PHY 设备都可以正常工作。

对于上述四部分，并不一定都是独立的芯片，主要有以下几种情况：

PHY整合了大量的模拟硬件，而MAC是典型的全数字器件，芯片面积及模拟/数字混合架构的原因，是将MAC集成进微控制器而将PHY留在片外的原因。更灵活、密度更高的芯片技术已经可以实现MAC和PHY的单芯片整合；

结论：

• 方案2（CPU集成MAC PHY   RJ45带变压器）最优，器件少、开发简单。

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关键元件解析：PHY、网络变压器、RJ45

1、PHY芯片：数字信号与模拟信号转换的桥梁

• 作用：将MAC层的数字信号转换为适合网线传输的模拟信号。

  
  

关键参数：

• 速率：10/100Mbps（百兆）、1000Mbps（千兆）

• 接口类型：MII/RMII/GMII（与MAC通信）

• 传输距离：千兆以太网支持最长100米的双绞线传输

• 特殊功能：部分PHY芯片支持POE（以太网供电）

  
  

2、 网络变压器：信号隔离与增强

网络变压器（也叫以太网隔离变压器）是保证通信稳定的关键，主要作用：
电气隔离——阻断PHY与RJ45之间的直流分量，保护芯片；
抑制共模干扰——减少外部电磁干扰（EMI）；
阻抗匹配——优化信号传输质量。

3、RJ45接口：百兆 vs. 千兆

百兆（100BASE-TX）：
仅使用 2对（4芯）双绞线（Cat5或更高规格电缆中的1-2、3-6线对）：

1对（TX 、TX-）用于发送数据，

1对（RX 、RX-）用于接收数据，

其余2对未使用。

RJ45 插座 10M/100M 接口定义

• 千兆（1000BASE-T）：
  使用 全部4对（8芯）双绞线（Cat5e或更高）：

  以太网可以通过自动协商协议选择工作模式，通常会自动选择全双工模式，但也可能回退到半双工模式。

RJ45 插座 1000M 接口定义

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PCB设计要点

1、整体布局

• 尽量靠近RJ45，缩短差分走线长度。

• 下方避免其它信号线，防止干扰。

2、差分线（TX/RX）走线规则

• 等长匹配（要求长度差≤5mil）。

• 阻抗控制（通常100Ω差分阻抗）。

• 避免锐角走线，减少信号反射。

3、网口与变压器PCB设计要点

3.1、耐压隔离

网络变压器中间隔离区需足够宽，确保耐压要求。

PHY与RJ45需分属不同地平面，禁止跨平面布局或走线。

3.2、抗干扰处理

变压器下方所有层挖空，避免底层铜箔引入噪声。

3.3、差分线布线

优先走底层，远离网口外壳接地层。

阻抗建议控制在100Ω±10%（非强制但推荐）。

3.4、外壳接地

网口金属外壳接地线需加粗，确保低阻抗连接。

4、Bob Smith连接隔离绕组的中心抽头有一个“Bob Smith”端接， 通过75Ω电阻和1000pF电容连接到机壳地，这个阻容的作用就不赘述了，感兴趣可以自己在网上去查。公众号硬件笔记本

5、网口若带LED指示灯，通常包含：

LED_LINK（连接指示灯）——显示物理链路状态，异常时可能是网线、端口或对端设备问题；
LED_SPEED（速率指示灯）——显示当前网络速度，异常时可能因网线质量差或信号不良。

PCB设计要点：优先走差分线，LED信号线需避开并用地平面隔离。

6、晶振处理
25MHz晶体下方应避免走其他信号线，并需进行完整的包地处理。由于以太网的25MHz时钟一旦出现问题会带来较大调试难度，因此必须确保晶振部分的包地处理完善可靠。