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RMII Ethernet en dos capas PCB

INTRODUCCIÓN: estoy buscando para el diseño de una Ethernet conectado el sistema como un hobby ( es decir. un montón de tiempo pero que no desean gastar mucho ). Mi restricciones de diseño ideal sería que estar pegado a un 2 capa de 100 mm x 100 mm PCB con 0,3 mm min agujeros y 0,15 mm min pista/despacho, hasta de 0,6 mm de grosor total stackup. El costo de producción de un PWB de 4 capas en mi conocido fabricante supera a la de los componentes en las cantidades que necesito ( sólo una realidad, sino hasta el 10 de PCB ir por el mismo costo en mi caso en particular ).

MI ENFOQUE: UN ATSAME54N20 microcontoller con el built-in Ethernet MAC conectado con un RMII a un KSZ8091RNA PHY en Altium Designer.

ATSAME54N20 microcontoller with built-in Ethernet MAC connected with a RMII to a KSZ8091RNA PHY in Altium Designer.

Schematic of ATSAME54N20 and KSZ8091RNA

PREGUNTA 1: ¿cuáles son mis probabilidades de éxito? El mantenimiento de 68ohms característica de la impedancia a TIERRA ( GND todavía no se derrama ) para RMII rastros parece imposible, incluso con el 0,6 mm de altura total stackup opción, sin embargo, de seguimiento máximo de longitud es inferior a 30 mm, con trazas como CLK ser de 4mm de largo. Están sonando y la reflexión de los problemas que pueden surgir en un circuito como este?

PREGUNTA 2: Ambos TX huellas de pasar junto y separado de RX, aunque no de la longitud de la coincidencia fue hecho. Debería considerar la estrecha longitud de la coincidencia de las tolerancias?

PREGUNTA 3: El resaltado NETO repuestos vías por ir a través de dos sin usar los pines que sería puesto a la alta impedancia. Es esta una práctica común? Es la integridad de la señal afectada por hacer esto? Es el uso de las vias mejor práctica?

NOTA 1: he encontrado temas a discutir ejecución de las trazas a través de NC pin pads, en mi caso estoy preguntando sobre el bien documentados los pines no utilizados. También me he topado con este post, pero estoy planeando el reflujo de soldadura de esta junta de mí mismo y la falta de experiencia en hacerlo, así que prefiero evitar el corte de pernos fuera y tratar con desigual de fuerzas de tensión superficial que actúa sobre el chip.

NOTA 2: 100ohm diferencial de la impedancia de los circuitos de la PHY para el magnetismo no se han ejecutado todavía, pero salen de la PHY sin acercarse a la RMII señales.

NOTA 3: aprovecho esta oportunidad para agradecer a la comunidad por sus conocimientos y ayuda. Espero que alguien encuentre mi post útil en el futuro !


SEGUIMIENTO:

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  • Todos RMII redes fueron la longitud de la igualada a 29.9 mm +/- 0,1 mm.
  • Los pines no utilizados no fueron utilizados para la ejecución de las huellas.
  • Stackup consta de un 1.6 mm de espesor total de la junta y no de impedancia controlada se hizo.
  • GND todavía necesita vaciarse, junto con algunos de 3.3 V polígonos, no atenta contra en virtud de las pistas.

Es este diseño mejor?

Hace que se vea como se podría trabajar?


SEGUIMIENTO 2:

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enter image description here - Una guía de ondas coplanar con la tierra se ha aplicado por más de cerca la adaptación de impedancia.

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La mayoría de la respuesta integral a la correcta línea de transmisión de impedancia para RMII huellas que encontré fue la de Wikipedia:

El RMII señales son tratadas como se agrupan las señales en lugar de líneas de transmisión; sin terminación o de impedancia controlada es necesaria; la salida de la unidad (y por lo tanto las velocidades de rotación) necesitan ser tan lento como sea posible (los tiempos de subida de 1 a 5 ns) para permitir esto. Los conductores deben ser capaces de conducir 25 pF de capacidad que permite trazas de PCB hasta 0,30 m. Al menos, la norma dice que las señales no necesitan ser tratadas como líneas de transmisión. Sin embargo, en 1 ns borde de las tasas de un seguimiento de más de 2,7 cm, de la línea de transmisión de efectos puede ser un problema significativo; en 5 ns, huellas pueden ser 5 veces más. El IEEE versión de los relacionados con el MII norma especifica 68 Ω seguimiento de la impedancia. Nacional recomienda ejecutar 50 Ω trazas con 33 Ω (añade al conductor de la impedancia de salida) de la serie de resistencias de terminación para MII o RMII modo a reducir los reflejos. Nacional también sugiere que las trazas de ser guardado debajo de 0.15 m de largo y combinarse dentro de 0.05 m de longitud para minimizar el sesgo.

Algunos otros incluyen el RMII v1.2 spec:

Todas las conexiones están destinados a ser punto a punto de las conexiones de los Pcb. Normalmente, estas conexiones pueden ser tratados como eléctricamente caminos cortos y la línea de transmisión reflexiones pueden ser ignorados. Ni un conector ni una impedancia característica para eléctricamente largo de las trazas de PCB está dentro del alcance de esta especificación. La salida de la unidad se recomienda mantenerse tan baja como sea posible para minimizar el nivel de la junta de ruido y EMI.

Y una de Sun Microsystems pauta:

Como el MII de señales, la GMII las señales serán de origen terminado para preservar la integridad de la señal por la siguiente ecuación: Rd (Buffer Impedancia ) + Rs (Fuente De La Terminación De La Impedancia = Z0 (Línea De Transmisión De Impedancia).

  • Todos RMII redes fueron la longitud de la igualada a 40 mm +/- 0,1 mm.
  • Los pines no utilizados no fueron utilizados para la ejecución de la señal de trazas.
  • Las clavijas no utilizadas fueron utilizados para GND y 3.3 V conexión.
  • Stackup consta de un 1.6 mm de espesor total de la junta.

Es este diseño mejor?

Hace que se vea como se podría trabajar?

Es atar algunos de los pines de 3.3 V o GND aceptable? Yo podría hacer sin esta práctica.

Cómo muchas vias debo lugar a lo largo de la guía de ondas coplanar? Hay espacio adicional para más vias del CAJERO automático.

GND traza entre la señal de trazas de llegar hasta 0,15 mm de ancho, es correcto esto?

Gracias de antemano por su amable ayuda contestando ! Yo realmente lo apreciamos !

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brianpeiris Puntos 7693

Creo que sería bueno para 100BaseT (50MHz RMII señales), aunque por otras razones, creo que este es todavía un arriesgado diseño. No tengo el tiempo para ir a través de un minucioso de temporización y análisis de impedancia, pero puedo ofrecer la siguiente improvisada comentarios:

a) Aunque no tengo idea de dónde te encuentras, o si usted tiene acceso a una tarjeta de crédito, 4-capa de Pcb son muy asequibles a partir de muchos fabricantes de PCB. OSHpark.com viene a la mente. Al tratar con esta limitación, su (b) problema (siguiente punto) es evitado.

b) Conectar a "NC" zapata es arriesgado y casi un no-no en un entorno profesional. Quizás esté realmente "NC", o tal vez son "reservados" para algún uso futuro actualizado pieza de silicio que no sólo va en una nueva estrechamente relacionadas con la IC, sino también el futuro de la fabricación de este IC. Obviamente no voy a ser de plomo-marco de allí, pero tal vez también un cable de conexión de silicio. Usted no sabe, no hoy, y no en el futuro. Esta es la razón por la mfg dice "Sin conexión"! Que "bien documentado" (dice que?) NC hoy podría quedar conectado a algunos de silicio mañana. Pero tal vez esto no importa en la situación de un one-off.

c) Señal de velocidad a través de cobre en FR4 es de alrededor de 6"/15 cm por ns. A juzgar por la KSZ8091 hoja de datos (7.0 Diagramas de Temporización), me parece que usted quiere que sus tiempos sean precisos para dentro de 1 ns. Así que tienes un montón de espacio (longitud) para trabajar con el aquí, de manera más que el 'estrecho' de diseño; desde una perspectiva de temporización no es necesario ser que cerca de la MCU. Personalmente yo no se preocupe acerca de la cronología y de la longitud de coincidencia en esta situación, no creo que te importa. Habiendo dicho eso, es una buena práctica para estas señales rápidas a ser de la misma longitud, ya que este hace de la materia en el más rápido de los diseños. Buena cosa que usted tiene el espacio para tirar de la PHY chip más lejos de la MCU para darle espacio para la longitud de coincidencia.

d) la Integridad de la Señal y de la impedancia: Con su parte inferior del lado del suelo es de 0,6 mm de distancia, no se mucho de acoplamiento o de control de la impedancia. Esta es la razón por la 4-capa de Pcb existen :-). Si yo fuera usted, me gustaría usar ese espacio extra (distancia entre PHY & MCU) disponible (de un tiempo en perspectiva) para añadir también algunos 0402 resistencias en serie con estos 50MHz señales (que se encuentra más cercano a la fuente), así que tienes la opción de hacerlos más lentos y llevar el R de los componentes de su impedancia, en caso de zumbido (reflexiones) es un problema. Si no se quedan con un 2-capa, a continuación, también me gustaría usar ese espacio disponible entre PHY & MCU para añadir algo de Tierra conectado cobre verter sobre la cara superior, entre estos de alta velocidad de las señales.

Saturn PCB Toolkit screenshot

Curiosamente, vi algo curioso en Netgear barato GS305 (a la derecha), e incluso más barato (a la izquierda) GS105 5-port Gigabit Ethernet switches. Si mal no recuerdo, se Gigabit, estos serán ~250MHz señales para el magnetismo, donde uno podría pensar que el control de la impedancia sería más importante. Entonces de nuevo, tengo la sospecha de su magnetismo son sólo nominal durante 10/100BaseT, no 1000, pero parecen estar saliendo con la que, también!

Netgear GS105 on left, GS305 on right

El GS105 incluso el modelo más barato es de sólo 2 capas:

Netgear GS105, 2-layer PCB!

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RubbleFord Puntos 2627

Para RMII, creo que desea que todos los rastros a la línea de reloj. Pero, en algunos rastros tienes capacitancia adicional de las almohadillas extras, lo que los ralentizará más, y no estoy seguro de cómo tener en cuenta para eso.

¿Es lo suficientemente bueno 10 Mbps? Si es así, puede estar bien.

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