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1、以太网信号质量问题之收发器驱动偏置电阻的处理一刖言关于系统设计人员来讲，模数混合电路中最困难的地点在于模 拟局部的设计，其中最具代表性确实实是我们经常要面对的物 理层收发器PHY及其收发回路和匹配网络的设计。即使关于 应用比拟成熟的以太网物理层设计而言，DAC驱动电流的基准偏置，差分信号线对的走线，乃至于匹配电阻的位置，都有 可能阻碍到其物理层的信号质量并通过接口技术指标测试暴 露出来。二 以太网口信号质量测试分析1 100Base-TX接口测试环境及其设置全址图1 Ethernet接口指标测试连接框图L ft?ANSI+X3 26了I II I2。|6现了信号波形碰触模板的咨询题，波形见图
2、3: |ikj - rx - P*1aab Ai J 农 M3二j：方1J60 902测试中显现的咨询题 此次测试将要紧F产术指标。关于其中比!直观的詰00Base-802.3测试方法1ase-TX接口的技id。层的眼图模板， 图模板定义见图|-0法，?IEEE Std乂工程师按照诱导发包的中觉察测试网口显图3以太网口测试眼图_FAIL3咨询题分析解决从眼图初步分析来看，发送信号的幅度应该是满足要求的。 然 而能够明显的觉察信号边沿依旧比拟缓， 而且从单个波形来看 边沿有不单调的咨询题。方案的原厂是一家通讯业内用心于IP宽带解决方案的国际型大公司，其以太网模块局部应该通过 详细验证过。最大的可
3、能是二次开发过程中板级系统设计时的 一些关键技术参数的配合咨询题。工程师在进行了信号幅度以 及上升下降时刻等细节指标的测试之后证明了之前的判定，信号的幅度是满足要求的，但信号的上升下降时刻与其他的方案相比确实大了此方案的信号上升下降时刻在4.3 nS4.6 nS区间，尽管满足标准中要求的35nS。但按照系统容差设计原那么， 芯片设计人员通常会将 Slew Rate调整在4nS左右，确保上下 区间调整地最大容限。 。如何改良需要信号的发送接收回路进 行一个系统的分析了。 通过对网口技术指标的量测分析， 目前 最要紧的咨询题在于信号的边沿比拟缓， 同时存在不单调的咨 询题，最可能的缘故是传输回路容
4、性负载过大以及驱动缺乏。 能够从这两个方面入手解决。1信号差分线对及阻抗匹配，网口的差分走线的阻抗操 纵和耦合处理我司在 Layout 这一块的应该差不多专门成熟了， 而且此款方案采纳芯片内部匹配网络， 没有外部匹配元件。 因 此暂不进行这一块的分析。2 传输变压器，工程师将一款测试通过的产品的Transformer 与当前单板的 Transformer 进行互换后测试结果一致，眼图测 试依旧不通过。请注意那个地点并没有对变压器进行变比以 及差损，回损等技术指标的测试3 收发器驱动偏置电阻，也确实是我们经常会看到的RDAC, 也有叫 RSET 或其他的。 这是原厂为开发人员提供的设定收发 器驱
5、动电流大小的硬配置节点， 能够按照实际的单板设计和元 件参数进行调整以实现关于标准的拟合。 这是对信号波形阻碍 最大的局部， 在不对设计进行大的变动的情形下， 通过调整驱 动电流的大小能够用最小的变动来实现我们关于信号波形的 调整。在查看产品 PCB 的同时我们还觉察了另一个咨询题， R DAC 电阻并没有放置在输入 PIN 邻近，而是放到了远端的 US图4 RDAC走线连接图收发器驱动偏置机理分析：系统设计人员都明白，以太网收发器的输出采纳的是差分电流 驱动，从收发器驱动偏置原理框图，见图 5,能够进一步展开 分析，收发器驱动电流能够通过带隙电压源与外部设定基准的 比拟来设定。收发器驱动电流
6、(l_driver)是从内部带隙和外 部基准镜像过来。U1/Q3/RDAC/Bandgap组成了一个简单的比 较操纵环路实现基准单位电流的设定，例如带隙基准电压设定为Vbg=1.24V，RDAC取值为1.24K。这时通过比拟器 U1以 及MOS管Q3反应环路是确保稳固1mA( l_bias)的基准电流。 而Q1/Q2/Current _Source组成了比例镜像电流源。能够通过 设计保证I_driver=N*I_bias，N是设定的比例镜像因子。我们 假定为20，通过公式能够运算I_driver=20*l_bias=20mA，这 确实是我们差分驱动的输出电流了。介绍到那个地点，大伙儿都应该清晰
7、了，我们能够通过调整RDAC的电阻大小实现基准单位电流的设定，进而到达调整差分驱动电流的目的。 例如 我们将RDAC调整为1K，那么基准单位电流那么变为l_Bias=1.24图5通过前提戸Q形见评曲in曹iflffrn 阳i站怖ON Chin度以解决信号眼图的咨询题。通过调整后，眼图测试通过，波O1JPassMi 1 0904*3 Of S.OOtte-J sweefrs啊阳1 dl TWn會血门 Tnnnr 口唱5科mA,同步幅度也会6 J QQ帕邮剧皿理T(nB-b.rn .41:14 rn|!00 HMhIs00 hs 5QtsoGO mV Pa* rlMj1 W2W 5 ?0 20-图
8、6以太网口测试眼图_PASS三测试总结1作为系统设计人员，对子系统功能的了解以及信号回路模型的懂得是我们进行系统定性分析的全然，而关于内部电路的深入研究是我们进行系统指标设计量化的根底。这关于我们的工程师提出了更高更深入的要求。2关于PHY收发器的设计，其驱动偏置电阻应尽量靠近 设定管脚摆放，幸免显现基准不稳固和误差的显现以太网电路设计关于我们来讲是比拟常规和熟悉的设计，但我们确实懂得和把握了其内部原理以及架构吗。 想要更深入，将 会遇到更多的挑战，期望本文能够给到我们的系统设计人员一 些启发。参考文献1：以太网收发器工作原理及其信号质量测试 ,ShenZhen GongJ in Electronic Co.2： Ethernet solution-QualiPHY ,LeCroy Corporation