FPGA通信——千兆网（RTL8211EG）硬件layout

一、硬件布局指南

• 创造一个低噪音、功率稳定的环境
• 降低EMI/EMC的程度及其对RTL8211E/RTL8211EG的影响
• 简化信号跟踪的路由任务

    1.1    布局

• RTL8211EG 必须尽可能靠近MAC（小于2.5英寸=6.35cm）
• 连接到RSET引脚的电阻器应靠近RTL8211E/RTL8211EG（小于800mils），并尽可能远离信号迹线（例如，VRRREG、REG_OUT、MDI0+/-、MDI1+/-等）和时钟信号（50mils min.）
• 如果MAC位于顶层，则PHY应位于底层，以避免散热器耦合     
• RTL8211EG 到RJ45连接器的，MDI轨迹线必须小于12厘米   

    1.2    晶振

• 根据3W规则，晶振应放置在距离I/O端口、重要或高频信号迹线（TX、RX、电源）和磁性器件至少三倍于其自身宽度的位置
• 晶振的外屏蔽需要良好的接地，以避免电磁兼容/电磁干扰的感应，晶振的固定带（如有）也需要良好的接地。
• 每个PCB设计都有其独特的噪声耦合行为。铁氧体磁珠用于抑制功率噪声。建议用0Ω 电阻器代替磁珠 ，去耦电容器必须靠近电源引脚放置，以便IC电源引脚到电容器的距离小于200mils。

    1.3   RX时钟

• RX时钟信号轨迹应尽可能短和宽。
• 在未断开的接地平面或电源平面附近布线时钟迹线。最大限度地减少过孔和层变化。
• RXC滤波器网络将EMI影响降至最低

  1.4   MDI信号

• 从RTL8211E/RTL8211EG到10/100/1000M磁铁和RJ-45连接器的线路应尽可能短。
• 保持所有四个差分对信号迹线的匹配长度在800mil以内，MDI阻抗为50Ω共模，100Ω差模
• 每对的两个迹线应该彼此靠近放置（D1），因为它们是彼此的差分对信号并且对噪声提供强的消除效果。D1可以是两个差分迹线中的每一个的宽度。
• 不同差分对之间的间距应大于30mil，以最大限度地减少与其他对耦合的串扰（图中的D2）
• 接地平面屏蔽可用于分离所有四个信号对
• 为了最大限度地减少阻抗失配，我们建议不要在四个差分对上使用过孔

• 穿过平面分裂的信号（见图）可能会导致不可预测的返回路径电流，并可能导致信号质量故障，以及产生EMI问题 。

 1.5  GMII（MII）/RGMII信号

• 尖锐的边缘可能会给电路增加意想不到的寄生效应。在快速能量爆发期间，减小迹线长度将减小迹线电感，不走90°直角信号线，
• 应仔细考虑地平面以上的迹线长度和迹线宽度与迹线高度之比。必须尽可能短（小于2.5英寸）
• 最好在这些迹线下面有一个接地平面。使用GND平面来包围它们是必要的。
• RXC和TXC是高速（125MHz）信号；在时钟和数据信号之间保持20mils的间隔。
• 将每个GMII（MII）/RGMII TX和RX（RXC/RXD/RXTL）组迹线长度匹配到100mils以内。
• 以50Ω阻抗布线GMII（MII）/RGMII迹线，并通过内层布线以减少辐射。
• 所有GMII（MII）/RGMII迹线必须参考一个完整的地平面。
• 将R1/C1靠近RTL8211E/RTL8211EG，将R2/C2靠近MAC（必须小于500mils）。

• RGMII迹线必须远离散热器。
•  将GMII（MII）/RGMII迹线路由到远离I/O迹线的位置，以避免串扰（>20mils）。

 1.6 电源信号

        RTL8211E/RTL8211EG数字电源引脚的电源可以通过去耦合电容器来改善。电源信号迹线（去耦合帽迹线、电源迹线、接地迹线）应尽可能短且宽。去耦合电容器的通孔的直径应该足够大。RTL8211E/RTL8211EG上的所有模拟电源引脚都需要与电容器断开耦合。解耦合电容器必须靠近RTL8211E/RTL8211EG（<200mils）放置，并且迹线应保持短。

• 连接到VDDREG的输入3.3V电源迹线必须大于40mils。
• 大容量去耦合电容器（Cin1和Cin2）必须放置在VDDREG的200mils（0.5cm）范围内，以防止输入电压过冲
• REG_OUT的输出功率轨迹必须大于60mils。
• Lx（2.2µH）必须保持在REGOUT的200毫米（0.5厘米）范围内。
• Cout1和Cout2必须保持在Lx的200mils（0.5cm）以内，以确保稳定的输出功率和更好的功率效率。
• 为了开关调节器的稳定性，电容器Cout1和Cout2必须是陶瓷（X5R）电容器。建议Cin1和Cin2为陶瓷电容器。
• 将Lx和Cin1放置在与RTL8211E/8211EG相同的图层上。不要在VDDREG和REGOUT迹线上使用过孔。
• 1.05V开关调节器输出引脚（REG_OUT）应仅连接到DVDD10和AVDD10（不要将此电源提供给其他设备）。

  1.7  PCB层

        PCB堆叠是影响产品EMC性能的主要因素，良好的堆叠可以非常有效地减少PCB上环路的辐射（差模发射）以及连接到板上的电缆的辐射（共模发射），另一方面，不良的叠加会大大增加这两种机制的辐射。

• 电源平面和接地平面应尽可能紧密地耦合。
• 信号层应始终与平面相邻，并且应紧密耦合（靠近）相邻平面。
• 高速信号（GMII/RGMII迹线）必须在平面之间的埋层上布线，以便平面可以充当屏蔽并包含来自高速迹线的任何辐射。
• 多个接地平面是非常有利的，因为它们将降低板的接地（参考平面）阻抗并减少共模辐射。
• 例如PCB为4层板。MDI和RGMII信号在层4和参考层3（GND平面）上布线。

        例如PCB为6层板。 情况如下：

        

  1.8 GND布局

        不建议在模拟和数字接地域之间进行隔离，因为糟糕的接地平面分区可能会导致严重
的EMI发射，并由于弹跳噪声而降低模拟性能。

        RTL8211E/RTL8211EG只有一个用于模拟电源（AVDD33和AVDD12）和数字电源（DVDD33和DVDD12）的接地平面。在IC的中心，有一个外露焊盘（EPAD）接地。PCB布局需要9个过孔将EPAD连接到下层接地平面。

        隔离器（网络变压器）下方的平面区域应保持空白 ，空隙区域是为了使变压器感应噪声远离电源和系统接地平面。重要的是保持底盘GND和系统GND之间的间隙（图中的D）大于60mils，以获得更好的隔离。