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以太网接口电路电路设计

  以太网接口电路电路设计_电子/电路_工程科技_专业资料。 主要内容 ? 以太网接口电路 ? POE接口电路设计 以太网接口的标准定义 ? 以太网设备满足正常通信,IEEE802.3对RJ45端口信号有规定,要求电脑与HUB用直通线连 接能正常通信,则要

  主要内容 ? 以太网接口电路 ? POE接口电路设计 以太网接口的标准定义 ? 以太网设备满足正常通信,IEEE802.3对RJ45端口信号有规定,要求电脑与HUB用直通线连 接能正常通信,则要求电脑的网卡NIC的TX、RX分别连接到HUB的RX、TX,所以,它们的 RJ45接口的PIN脚定义是不一样的,具体如下: 网卡NIC对RJ45接口PIN脚定义: RJ45 PIN: 1 2 3 4 5 6 7 8 信号定义: TX+ TX- RX+ NA NA RX- NA NA HUB对RJ45接口PIN脚定义: RJ45 PIN: 1 2 3 4 5 6 7 8 信号定义: RX+ RX- TX+ NA NA TX- NA NA ? 随着以太网技术的不断发展,出现▲=○▼了新类型的产品,对以下产品进行分类: 1. 与NIC同类型的有:HUB和交换机上联口,Router、Gateway、IPphone等设备的WAN口,称 为“MDI口” 2. 与HUB同类型的有:HUB和交换机下联口,Router、Gateway、IPphone、XDSL等设备的LAN 口,称为“MDIX口” 3. “MDI口”与“MDIX口”被称为两种不同类型设备端口,它们之间被指定用直通线连接, 而同类型设备端口之间用交叉线连接。如果芯片支持AUTO MDII-X功能的端口,可以用交 叉线或直通线连接任何类型的端口 以太网接口电路设计规范 ? 没有接大地的MDIX口标准设计(图一) ? 没有接大地的MDI口标准设计(图二) 以太网接口电路设计规范 ? 有接大地的LAN口标准设计(图三) ? 有接大地的MDI口标准设计(图四) 信号连接规范 ? ? 注意MDIX口与MDI口的RJ45 PIN脚定义的差别 芯片的差分收发信号RD+/RD-、TD+/TD-必须连接到变压器对应的收发通道,经变压器再连 接到RJ45对应的RX+/RX-、TX+/TX1. 变压器的TDP与TXP、TDN与TX▪▲□◁N、RDP与RXP、RDN与RXN分别为变压器初次级之间的同相端。 由IC接到变压器,必须经各自同相端连接到RJ45对应的脚位。不能反相连接,否则会导致 10M无连接 2. 注意:“TD+接TDP、TD-接TDN、TXP接TX+、TX▽•●◆N接TX-”与“TD+接TDN、TD-接TDP、TXP接 TX-、TXN接TX+”一样正确,都符合同相端相连。RD/RX通道也一样 ? 一般变压器指定收发通道,收与发通道不能互换,而具备AUTO MDII-X功能的变压器的收 发各参数是一样的,它们之间可以互换。信号线连接规则同样要求满足同相端相连 ? 支持AUTO MDII-X功能的芯片,需要具备AUTO MDII-X功能的变压器来实现MDII-X功能。因 为端口被禁止自适应功能时,AUTO MDII-X功能也会失效,所以,建议完全遵循5.1要求来 设计,不能随意交换收发通道,也就是说, MDIX口不能改为MDI口, MDI口不能改为MDIX 口 信号连接规范 ? ? 由R3/R4/R9/R10/C3组成的平衡电路将有效的抑制引入的干扰以及抑制对外的辐射 变压器属于电磁敏感器件,容易接收到磁场信号,所以,大电流走线及其它电感应该尽量 远离,避免变压器接收到干扰信号;同时,它也有一定的漏磁,所以,它的底部任何层面 不能有铜箔,避免高频干扰信号耦合到铜箔对外传导辐射 由于网线引入的浪涌电压会加在C3上,或XDSL的电话线耦合到网线 ,经电脑或交换机泄放到大地,所以,要求其耐压大于2KV。与RJ45引脚相连的走线与地 线以及其它任何走线间距越大越好,建议不小•●于4mm,以提高绝缘度 如果设备有接大地,要求金属机壳、RJ45屏蔽层、C4接大地GND_EARRTH,设备安装时有良 好的接地,得到更可靠的屏蔽防止辐射干扰,抑制ESD、雷击浪涌等冲击 如果设备没有接大地,如塑胶外壳设备,应该选用没有屏蔽层的RJ★▽…◇45,如果★◇▽▼•有屏蔽层,则 要求屏蔽层悬空 ? ? ? POE接口电路设计规范 POE接口电路设计规范 ? 整流桥D1、D2、浪涌抑制电路D3,作为输入保护极性电路。有一些芯片集成了该电路。 IEEE802.3af规定允许PSE最大输出电压为57V,所以选取D3额定反向关断电压为58V。D1、 D2可以是整流二极管,要求参数:电流大于等于1A、耐压大于等于100V 由R1/C1、R2/C2、R3/C3、R4/C4组成的平衡电路的作用是抑制引入的干扰以及抑制对外的 辐射。C1、C2、C3、C4作用是隔直流 POE电源接在网络变压器的自耦线端,经扼流圈的 高阻抗隔离,这样POE电路的并入就不会影响该终端T1变压器的阻抗。应该注意DC电流对 T1变压器的影响。保证DC电流不会使变压器△▪▲□△T1饱和而堵塞数据传输,要求T3由2线并行缠 绕,使中心抽头到两端的电阻相同,尽量减小DC差分电压。T3的直流电阻应该远小于T1和 T2的直流电阻,使得大部分DC差分电流流经T3 ? ? POE接口电路设计规范 ? 为了降低成本,出现如下图所示省略T3的变压器,应该注意T1、T2的磁芯应该满足规定的 DC▲★-●饱和电流,不能用普通的网络变压器替代POE要求的的网络变压器 POE简介 ? IEEE 802.3af标准是通过以太网数据线或备用线来实现以太网设备供电,由以太网供电控 制器PSE供电给以太网受电设备PD ? 在变压器的TX通道的中间抽头和RX通道的中间抽头输入(输出)48V电源的正负两级,或 者RJ45插座的pin4/pin5,pin•☆■▲7/pin8输入(输出)48V电源的正负两级 ? IP电话、无线接入点、VoIP电话、WLAN接入点、网络摄像机、安全性系统、POS终端等功 率小于12.95W的PD设备都可通过一根传输以太网数据的CAT-5电缆来提供电源 ? POE电源传输原理: 1. PSE检测◇…=▲合法PD:PD通过PSE对PD检测来获得或者请求供电。PSE送出2.8V~10V的电压到网 络链路,有效的PD检测到此电压后就将一个23.75KΩ ~26.25KΩ 电阻(统称25KΩ 特征 电阻)置于供电回路上,电流就会随输入电压而变化。PSE通过检测该电流,知道在以太 网线缆终端有一个有效的PD需要供电。如果放置的电阻阻值在12KΩ ~23.75KΩ 或 26.25KΩ ~45KΩ 范围内,PSE则认为PD有效但不需要供电,其它范围的电阻值则意味着 无效的PD检测。PSE对PD的识别时还要求PD特征电容小于120nF。 PSE电压范围(V) 0-2.8 2.8-10.1 15.5-20.5 30-44 44-57 PD电压范围(V) N/A 2.7-10 14.5-20.5 30-42 36-57 状态 空闲 检测 分级 启动 供电 说明 PSE空闲 PSE检测PD的25K特征电阻 PSE强制电压测量PD分级电流特征 PSE提供电源,PD离开UVLO状态 PSE向PD提供电源 POE简介 2. PSE对PD进行分类:PSE监测到合法PD后,将送到网络链路上的电压升高到14V~22V,PD 使用内部的调节器产生固定的电压施加到PD的CLASS引脚,此引脚与VEE之间接有分类电 阻(RCLASS),由此得到一固定电流,因而实现了PD分类。PSE根据PD分类决定PD常规操 作所需的功率。IEEE802.3af标准定义了五个不同的等级分类: PD功率等级 0 1 2 3 4 分类电流 0~4mA 9~12mA 17~20mA 26~30mA 36~44mA 最小PSE功率 15.4W 4.0W 7.0W 15.4W 15.4W 最大PD功率 12.95W 3.84W 6.49W 12.95W 12.95W 等级说明 PD无分类 低功率PD 中功率PD 大(全)功率PD 保留 POE简介 3. PSE对PD供电:通过PSE对PD检测和分类,对那些需要供电的PD设备提供电源,而不会损 坏不需要供电的设备,并能◁☆●•○△有效地分配可用功率。PSE提高输出电压,在PD端电压在 30~40V较低电压时,PD保持欠压闭锁状态(UV□◁LO),以避免对检测和分级产生干扰。当电 压上升到42V时,PD打开内部电源开关,把电源送到DC/DC电源电路上给旁路电容充电, 充电期间保持电路的其余部分不工作直至旁路电容充电完成,PD设定50毫秒延时时间给 电容充电。电容充电完成后,端口电压就升高进入供电模式,使电路的其余部分运行, 并在它所在分级的功耗范围内工作。如果电流过高的时间超出50ms,PSE将会关断电源 ;关断期间PD必须吸收5~10mA的电流,这样PSE就能知道它还保持◆●△▼●连接。如果电压下降 到30V时,PD停止DC/DC电源部分电路工作 PD断电:若PD设备从网络上断开时,PSE就会快速地(一般在300~400ms之内)停止为PD 设备供电,并重复检测过程以检测线缆的终端是否连接PD设备 4. POE简介 ? ? ? ? ? PD必须对电压极性不敏感,并且能在备用线对和数据线对上正常工作(提供检测和分级 特征以及接受供电),这个自动极性电路通常用二极管桥堆(或二极桥式整流电路)来 实现 以太网75Ω 共模终端电阻必须 AC 耦合,这样才能不干扰PSE对PD的检测、分类和供电 PSE供电电压为44~57V,典型值为48V。在正常情况下最大输出电流为350mA。输出连续 功率大约为15.4W PD正常受电电压为37~57V。平均输入功率为12.95W,输入峰值电流为400mA。典型工作 电流为10~350mA,超载检测电流为350~500mA 对于PSE,馈送电源可以是RJ45的1-2/3-6线线对,而且只能选用 其中一对;对于PD,要求两线对都能吸收电源

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