簡化您的以太網設計，第1部分：以太網PHY基礎知識和選擇過程
是100BASE-T1、1000BASE-T、100BASE-TX、10BASE-T還是10BASE-Te？對于那些不太精通以太網物理層（PHY）術語的人來說，評估各種類型的術語是非常難的。這些數字、符號和縮寫指的是什么？什么是介質獨立接口（MII）？汽車物理層和工業物理層的區別在哪？如何為網絡協議攝像頭、車聯網控制單元和可編程邏輯控制器選擇物理層？所有的物理層都滿足各種現場總線要求嗎？
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/202004/411746.htm在技術文章系列“簡化您的以太網設計”的第1部分中，我們將介紹以太網物理層基礎知識，幫助您選擇合適的終端應用物理層。我們還將提供TI物理層選擇流程圖，幫助您簡化物理層選擇過程。
什么是以太網物理層？
實際上，基礎以太網物理層非常簡單：如圖1所示，它是一種物理層收發器（發射器和接收器），能將一個設備物理地連接到另一個設備。這種物理連接可以是銅線（例如CAT5電纜——一種家庭使用的藍色插線電纜）或光纖電纜。
圖1：以太網系統框圖
互聯網的初始概念是一個能夠快速、可靠、安全地將數據從一所大學交換到另一所大學的網絡，從而造成了以太網的誕生。隨后電氣和電子工程師在（IEEE）在以太網的基礎上進行擴展，采用新的速度（數據速率）、物理介質（電纜材料）和物理層功能，使以太網的擴展遠遠超出計算機網絡。
Ethernet物理層有哪些功能？
Ethernet物理層有兩大主要功能。
首先，物理層（PHY）具有直接與設備的介質訪問控制器（MAC）連接的數字域，如現場可編程門陣列（FPGA）、微控制器（MCU）或中央處理器（CPU）。PHY將在不同程度上具有MII、4位寬的數據總線，在發送和接收方向上具有控制線和時鐘線。MII形式多樣，具體取決于MAC和PHY的速度，并且會有不同引腳計數。表1顯示了最常見的MII，并提供了在選擇時中要考慮的利弊的摘要。
接口 | 引腳 （引腳計數） | 速度 支持 (Mbps) | 利 | 弊 |
MII | RX_D[3:0], RX_CLK, RX_DV, CRS, COL TX_D[3:0], TX_CLK, TX_EN (14) | 1,0100 | 普通引腳分配、低速、便于布線、最低延遲 | 無1-Gbps支持，高引腳計數 |
MII減少（RMII） | RX_D[1:0], CRS_DV, TX_D[1:0], TX_EN (6) | 引腳計數減少 | 確定性延遲低 (由于先進、先出)，無1-Gbps支持 | |
千兆位MII（GMII） | RX_D[7:0], GRX_CLK, RX_CTRL, TX_D[7:0], GTX_CLK, TX_CTRL (20) | 10, 100, 1000 | 1-Gbps支持，低延遲 | 高引腳計數，一般不支持 |
千兆位MII減少（RGMII） | RX_D[3:0], RX_CLK, RX_CTRL, TX_D[3:0], TX_CLK, TX_CTRL (12) | 1-Gbps支持，普通引腳分配 | 布線困難，電磁兼容性（EMC）差 | |
串行千兆位MII（SGMII） | SO_P, SO_M, SI_P, SI_M (4) | 1-Gbps支持，普通引腳分配，電磁兼容性優良，易于布線 | 集成電路更昂貴 |
表1：根據引腳數和速度支持列出常見的MII
其次，PHY有一個介質獨立接口（MDI），它通過物理介質將一個設備（同樣，一個FPGA、MCU或CPU）連接到另一個設備。這通常被稱為物理層的模擬域，因為它是一個連續時變信號。
基于MDI，為您的系統選擇合適的以太網物理層
現在我們已經介紹了物理層的功能，讓我們應用這些知識來為您的系統找到合適的物理層。大多數集成電路制造商規定其物理層具有以下規范和特性：
● 數據速率（10 Mbps、100 Mbps、1 Gbps）
● 接口支持（MII、RMII、GMII、RGMII、SGMII）
● 介質支持（BASE-T、BASE-Te、BASE-TX、BASE-T1）
有了這些信息，您可以從數據速率開始研究此列表，并將其與終端應用所需的數據速率相匹配。接下來，確定應用通常使用的標準。例如，自2015年以來，汽車以太網得到了極大的擴展，現在通常由半導體制造商提供。因此，介質標準是一個重要的考慮因素，因為BASE-T1與BASE-T完全不同。
再舉一個例子，消費電子產品和大多數工業應用使用10BASE-Te、100BASE-TX和1000BASE-T，因為PC支持這些標準。如果您的應用程序是自動化的，那么支持BASE-T1的物理層是最適合的解決方案。此規則的例外是汽車車載診斷（OBD）端口，它通常使用BASE-T或BASE-TX接口來（再次）支持PC連接。表2概述了常見的MDI及其常見的系統。
MDI | IEEE規范 （數據速率） | 典型系統 | 中等 | 利 | 弊 | ||
10BASE-T/Te | (10 Mbps) | IEEE802.3u | 工業照明 | CAT5 | 通用支持遠距離低待機功率 | 低速 | |
10BASE-T1L | IEEE802.3cg | 現場發送器；開關；加熱、通風和空調控制器；自動扶梯 | 非屏蔽雙絞線（UTP），屏蔽雙絞線（STP） | 超長距離，單對雙向，數據功率耦合 | |||
100BASE-TX | IEEE802.3u | PLC、IP攝像頭、OBD端口 | CAT5 | 通用支持，由現場總線使用 | 高發射，外部組件 | ||
100BASE-T1 | IEEE802.3bu | 顯示群集、音響主機、網關、信息娛樂、航空電子通信、機器人學、機器視覺 | UTP, STP | 低發射、高抗擾性、單對雙向電纜 | 不常見（無PC連接支持），電纜長度較短 | ||
1000BASE-T | (1 Gbps) | IEEE802.3ab | IP攝像頭，測試與測量 | CAT6 | 1-Gbps速度 | 電纜昂貴 | |
1000BASE-T1 | IEEE802.3bp | 車聯網控制單元、網關、航空電子通信、機器人學、機器視覺 | UTP, STP | 1-Gbps速度單對雙向 | 不常見（無PC連接支持），電纜長度較短 | ||
表2：常用MDI比較表
大多數商業和工業物理層支持多種數據速率。這些物理層包括一種稱為自動協商的機制，這是物理層交換有關功能支持的信息的一種方式，使它們能夠以盡可能快的速度連接起來。
TI以太網物理層選擇流程圖
如果您已經準備好將您的以太網物理層知識付諸實踐，圖2是一個簡單的物理層選擇流程圖，它可以幫助您確定適合您的設計的TI設備。如要了解此流程圖中設備的更多信息，包括用于支持 工業4.0 應用的 DP83826E 低延遲以太網物理層和用于空間受限汽車應用的 DP83TC811S-Q11 00BASE-T1以太網物理層，請訪問我們的 以太網物理層概述。
圖2：TI以太網物理層選擇流程圖
敬請期待我們物理層選擇系列的第2部分，我們將探索物理層原理圖捕獲和布局的最佳實踐，以最大限度地降低噪聲、發射和信號損失。
其他資源
· 閱讀應用報告“與以太網產品相關的縮略語的中英文定義”，了解與以太網相關的縮略語的詳細列表。
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