以太網MDI信號PCB EMC設計要點

1. PHY側和RJ45連接器側通用MDI布局建議

??1. MDI差分對保持對稱走線,走線上的焊盤封裝應一致,焊盤放置位置也應對稱。可以減少EMI測試中的模式轉換。
??2. MDI走線應保持阻抗匹配,從而減少信號線上的反射。
??3. MDI走線下需有連續完整的接地層GND,可以為MDI走線提供恒定的阻抗匹配。阻抗不連續會導致不必要的信號反射;跨越平面分裂的信號可能導致不可預測的返回路徑電流,并且還可能影響信號質量,潛在地產生EMI問題。跨越平面分裂的信號如下圖所示:
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??4. MDI走線對內長度匹配,當匹配高速信號的內對長度時,蛇形布線需要盡可能靠近不匹配的末端,從而降低差模噪聲的影響。如下圖所示:
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??5. 限制MDI走線的彎曲程度可有效降低不同線路區段間的串擾效應,減少MDI軌跡上引入的噪聲,盡量不要有彎曲,走線彎曲會破壞差分對的理想平行結構,導致相鄰信號路徑出現不對稱的電磁耦合區域。這種非平行區域會增強電場和磁場的相互侵入,顯著加劇串擾噪聲。保持走線平直可維持均勻的耦合分布,抑制干擾。走線彎曲如下圖所示:
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??6. MDI走線禁止銳角或直角彎曲,因為會造成阻抗突變,引發信號反射并破壞差分信號的相位平衡。這種失真會降低接收端噪聲容限,使系統更易受串擾影響。平緩的圓弧走線(曲率半徑≥3倍線寬)可維持阻抗連續性,減少反射能量對鄰近線路的干擾,也減少發射點。并且差分線對與同層鋪銅之間至少保持30mil距離,最好50mil;差分對間至少保持5倍線寬空間,如下圖所示:
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??7. 變壓器下方避免鋪銅,防止在EMI事件期間變壓器的噪聲直接注入下方的鋪銅區域,同時變壓器下的鋪銅會降低變壓器的隔離功能,變壓器下方挖空如下圖所示。
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??8. 建議使用分立的變壓器和RJ45連接器。集成變壓器的RJ45連接器屏蔽內有一個隔離網絡,如果RJ45連接器屏蔽層上注入任何噪聲,那么變壓器的性能可能會顯著降低,一些噪聲可以繞過隔離網絡,直接耦合到系統接地或MDI線路。分立變壓器和RJ45如下圖所示:
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??9. MDI走線盡可能短,較短的MDI走線可以縮短暴露在周圍環境中的長度,并降低MDI走線上的輻射耦合噪聲。
??10. 減少MDI走線上的過孔數量,以減少從周圍環境中拾取的噪聲以及減少向周圍環境發射噪聲;MDI走線上的通孔會導致阻抗不連續,從而導致不必要的信號反射
??11. 防止在沒有任何接地平面分隔的情況下,MDI信號線與下方信號線交叉。信號線交叉會導致更大的噪聲發射。

2. RJ45連接器側MDI布局建議

??1. 盡量減少連接器接地上MDI走線周圍的通孔,MDI走線周圍的通孔可以為ESD/EFT噪聲電流在MDI走線之間流動創造更好的路徑,增加干擾MDI信號線的機會,如下圖所示:
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??2. 同一層中MDI走線周圍不進行連接器接地鋪銅,可以減少ESD/EFT事件期間連接器接地對MDI走線的接地反彈干擾。
??3. MDI走線下方所有層挖空,挖空范圍需超出信號線邊界 ?≥50mil?,減少地彈對MDI線路的影響。
??4. RJ45連接器下無電源平面和其他信號線,可以在EMI測試期間防止任何電源或其他信號走線受到干擾,隔離注入MDI走線的其他外部噪聲。
??5. R//C接地隔離或其他接地路徑電路需要與MDI走線位于相反的層上,確保大部分EMI噪聲可以在MDI走線的另一側流動,并最大限度地減少對MDI走線的接地噪聲干擾。
??6. R//C接地隔離網絡選擇大型組件尺寸,支持大電流,以防止EMI事件期間的任何損壞。
??7. Bob smith端接周圍沒有過孔和接地鋪銅,在EMI測試期間,將進入Bob smith終端并影響信號的噪聲干擾降至最低。
??8. R//C接地隔離連接放置在電源接地附近,允許一些EMI噪聲在連接器接地到電源接地之間流動,遠離任何敏感電路,最小化到PHY或其他IC的噪聲路徑。
??9. 不建議使用帶LED的RJ45模塊,以獲得更好的EMI性能,防止EMI噪聲源通過LED線路直接流入PHY。
??10. 隔離地鋪銅邊界距離RJ45引腳焊盤 ?≥50mil?,避免影響差分阻抗。
??11. 如下圖所示:
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3. PHY側MDI布局建議

??1. 單個差分對的兩條線需要盡可能靠近布線,差分對內兩條線之間的串擾不是一個重要的問題。靠近布線可減少模式轉換,減少拾取差分噪聲源的機會,通常選擇最小的走線間距 (5到6 mils)。
??2. 兩個差分對間保持一定的距離,防止兩個差分對之間的串擾,降低兩個差分對之間的共模噪聲干擾。
??3. 兩個差分對應具有相同的參考接地層,減少EMI測試期間由于接地反彈而導致的模式轉換。
??4. PHY側MDI布局如下圖所示:
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