從圖3和圖4可以看出，處理器與PHY端之間的數(shù)據(jù)信號出現(xiàn)信號完整性問題-反射，均存在振鈴和過沖問題，且過沖的幅值已超出芯片可接受范圍(芯片與處理器的以太網(wǎng)IO均為3.3V供電)，可能會導致IO口永久性的損壞，且易產(chǎn)生EMI問題。

　　于是查看原理圖設(shè)計，發(fā)現(xiàn)信號線和控制線上均沒有串接電阻，同時PCB上單端信號線沒有做等長和50Ω的阻抗，信號傳輸過程中感受到阻抗突變，導致信號產(chǎn)生反射，繼而產(chǎn)生過沖和振鈴現(xiàn)象。

　　4.以太網(wǎng)差分電路

　　差分電路的測試主要是通過物理層一致性測試，通過一致性測試評估差分信號的信號質(zhì)量。本次測試的目的是為了進一步分析差分信號的設(shè)計是否滿足要求。測試結(jié)果如下：

　　圖7 物理層一致性測試結(jié)果

　　圖8以太網(wǎng)眼圖模板測試結(jié)果

　　從圖7和圖8可以看出，物理層一致性測試結(jié)果為Fail，測試不通過的項主要是以太網(wǎng)眼圖模板測試、負過沖測試、邊沿對稱度測試。從圖8的測試結(jié)果可以看出，差分信號的幅值已經(jīng)超出標準值，已經(jīng)觸碰到眼圖模板。差分信號的幅值過大，可能是由于信號的反射導致。

　　變壓器是串聯(lián)在差分信號線上的用于隔離的器件，引腳就會產(chǎn)生寄生參數(shù)，也會產(chǎn)生阻抗突變，所以也是需要進行考慮的一個方面。于是先排除變壓器的影響，通過更換一個不同型號的變壓器，輸出的結(jié)果并沒有太大的差別。繼續(xù)著手分析傳輸線的阻抗。

　　PCB的阻抗又可以從兩方面進行分析。一是走線的阻抗，二是信號線上的匹配電阻。

　　首先從PCB走線的阻抗進行分析，以太網(wǎng)的差分信號是有差分100Ω阻抗要求，本次采用的是E5071C網(wǎng)絡(luò)分析儀進行測試，測試結(jié)果如圖9所示：

　　圖9 差分信號PCB走線阻抗測試結(jié)果

　　從圖9看出，差分信號的PCB走線阻抗最大值為109Ω，最小值為100Ω，存在這個偏差的原因是在于差分信號線上的保護器件和匹配電阻，有器件必然就會產(chǎn)生焊盤，所以導致實測值與理論值偏差10Ω也是有可能的，由于在PCB設(shè)計階段要求差分信號的走線阻抗為100Ω，走線阻抗最大允許偏差±10%，所以實測基本能滿足設(shè)計要求。差分信號的阻抗基本符合要求，繼續(xù)進行下一項分析。

　　其次從信號線上的匹配電阻進行分析。由于百兆以太網(wǎng)的PHY芯片到變壓器之間的差分線上有一個49.9Ω的電阻進行匹配走線，如圖10所示。同時隔離變壓器的中間抽頭具有“Bob Smith”終接，通過75Ω電阻和1000pF電容接到機殼地。然而查閱DP83848KSQ芯片的手冊，如圖11所示，提到匹配電阻有Layout要求：49.9Ω電阻和0.1uF退偶電容必須靠近PHY端放置。

　　圖10 DP83848KSQ芯片差分接口設(shè)計圖

　　圖11 DP83848KSQ芯片Layout指南

　　于是查看PCB布局，結(jié)果發(fā)現(xiàn)實際的布局將電阻電容放置在靠近變壓器的一側(cè)。手冊雖然沒有描述到該電阻放置錯誤會有什么影響，于是通過飛線的方法，把電阻電容放置在PHY端，再結(jié)合數(shù)據(jù)線和控制線的反射問題，在信號線的源端串聯(lián)一個33Ω的電阻，檢查無誤后，上電進行一致性測試，最終測試結(jié)果為Pass，測試結(jié)果如圖12、13所示，從圖12可以看出，整改后的眼圖模板測試比整改前的要好，各項測試數(shù)據(jù)也滿足要求。同時也進行通信穩(wěn)定性測試，最終通信測試48h后，以太網(wǎng)無掉線現(xiàn)象，同時丟包率為0%。

　　測試無誤后，重新進行原理圖設(shè)計，在信號線和控制線上加入串阻。PCB設(shè)計方面，數(shù)據(jù)線做單端50Ω阻抗匹配，把49.9Ω的電阻和0.1uF電容靠近PHY端放置，差分信號線做100Ω阻抗。重新拿到樣機后進行網(wǎng)絡(luò)通信，連續(xù)通信三天后無掉線現(xiàn)象，同時丟包率也滿足要求，問題解決。整改后的PCB布局及走線如圖14、15、16所示。

　　圖12 整改后的以太網(wǎng)眼圖波形

　　圖13 整改后的以太網(wǎng)一致性測試結(jié)果

　　5.整改后的PCB布局及走線圖

　　圖14 整改后PHY端數(shù)據(jù)信號走線及端接電阻布局

　　圖15 整改后PHY與變壓器端的PCB布局圖

　　圖16 整改后變壓器與RJ45端的PCB布局圖

　　三、設(shè)計總結(jié)

　　在本次以太網(wǎng)通信異常問題定位時，總結(jié)了以下幾點注意事項：

　　(1)PCB走線越短越好;

　　(2)以太網(wǎng)PHY和處理器端的數(shù)據(jù)線和控制線注意阻抗匹配，避免反射。因為信號在傳輸過程中感受到阻抗不匹配時，容易產(chǎn)生反射，同時驅(qū)動能力過大時也會容易產(chǎn)生反射。在原理圖設(shè)計時，若無法預測PCB走線長度，建議在信號線和控制線的源端串聯(lián)一個22~33Ω的小電阻，且信號線等長和做單端50Ω阻抗處理;

　　(3)PHY端差分信號線上的49.9Ω匹配電阻根據(jù)手冊要求放置，盡量靠近PHY端放置;

　　(4)差分信號線需要做差分100Ω的阻抗，同層走線，建議采用4層板PCB;

　　(5)變壓器需靠近RJ45端放置;

　　(6)“Bob Smith”終接需靠近變壓器端放置。

　　成熟的以太網(wǎng)電路設(shè)計看似簡單，但如何保證通信質(zhì)量，硬件設(shè)計也尤為重要。一個很小的降低成本的考慮，可能問題就會在量產(chǎn)時被無限放大，最終面臨的是硬件改版、人力投入、成本增加、項目延期。在設(shè)計前期把這些問題考慮進去，就可以避免不必要的問題發(fā)生。

　　圖 17 工業(yè)品質(zhì)的M1052跨界核心板