网卡主板设计指南......

网卡/主板设计指南

1.0 简介
本节提供有关用于感兴趣的10/100BASE-T网卡和局域网主板（LOM= LAN on

 Motherboard）设计的信息和特别需耍考虑的问题。

2.0  元件布局
元件位置非常重要的原因有：
•正确安排元件将减少直接与电磁干扰（EMI）相关问题的可能性。

•全面安排局域网子系统的元件可以简化条线的布局。电路板设计应特别注意元件的方向。因为元件方向将在一定程度上决定条线布局的复杂性。目的是尽量减少弯曲和条线之间的交叉。

正确设计对于小pin脚完整局域网子系统也是有益的。最大限度地降低整个子系统所需的空间是非常重要的，因为它最终将争夺宝贵的主板连接器附近的空间。对于大多数子系统而言，局域网电路需要接近连接器（RJ-45），因此必须进行优化设计，以便把它们安排在非常小的空间中。
    配电管理也是一个需要特殊照顾的领域。数字地线、模拟地线、电源板应小心放置，以减少电压的电磁兼容(EMC)问题。

3.0 磁场
    本节介绍有关磁场考虑的原则，因为它涉及到网络接口卡/局域网主板的设计。

要将带磁场的元件（继电器，电感，变压器等）分开或使它们的磁环轴彼此成直角。这

样做将减少磁场互相干扰的可能性。应根据磁场强度，信号来确定它们间隔的距离。为了防止过量噪音耦合到网络信号上，不要将网络子系统靠近CPU。这是一个确定距离的很好例子。减少信号源和设备之间的距离会使条线变短。这些条线直接影响EMI的大小。

4.0关键尺寸
布局物理层芯片(PHY)、磁器件、RJ45连接器时，必须考虑两个关键尺寸。

4.1 磁器件-RJ45之间
    最关键的尺寸如图24所示。在安排印制板时，最要注意的就是减少距离A。磁器件与RJ-45接口之间的距离应小于1英寸。如果A必须大于一英寸，双条线的以下两个特性很重要：

 (1) 特性阻抗：信号条线的高频阻抗应尽可能地接近50Ω。

(2) 条线对称：差分对（即TX+ 和 TX-）的路径应相同，并且长度应精确地相等。
注：器件之间的条线长度相等比条线路径完全对称更重要。

4.2 物理层芯片(PHY)-磁器件之间
图24中设备之间的关键尺寸B也应小于一英寸。由于在这些条线上传播的是高速信号，

特别注意器件之间的路径段上的损耗。在一般情况下，用于高速信号的任何路径段都应遵守

特有的终端规则。

信号的特有的终端可以减少设备和条线之间阻抗不匹配造成的反射。反射信号中含有的高频成分在EMI中的贡献可能比原始信号本身更大。出于这个原因，这些条线应该将其特性阻抗设计为50Ω±5％。

5.0 条线路径注意事项
设计者应十分注意，尽量减少传送高速信号印制板各个部分之间的串扰和传播延迟的影

响。

5.1 条线的几何形状
控制条线辐射的关键因素是条线的长度和条线宽度与条线高于地线板高度的比例。为了

尽量减少引线电感，应缩短并尽可能加宽时钟和其他高速条线。在信号层，它们应靠近地线

板（或电源板）。如图25所示，上述比例在1:1和1:3之间比较理想。

5.2 条线长度
保持条线长度小于关注频率最高谐波波长的1/20。超过这个长度，条线开始像天线，增

加辐射。去耦条线和输入/输出(I / O)滤波电容器之间的条线应该很短。长条线的电感大会降

低去耦电容的效率。同样的原因，到输入/输出信号和终端的条线应尽可能地短。

5.3 信号隔离

如果可能的话，将同类型的信号分开放在单独的层中。将所有时钟条线相关的器件放在一起，可减少走线长度和减少辐射。将输入/输出（I / O）信号与高速信号隔离可以控制会使辐射和磁化率增加的串扰。避免高速局域网的条线接近其它高频信号设备（例如视频控制器、高速缓存、或CPU等）。

5.4电源和接地连接
除非指定的设备制造商或特定的设计要求（即遥控激发装置），所有Vcc引脚应该

连接到相同的电源上，所有Vss引脚应该连接到地线板上。对于高速信号，应尽可能短、尽

可能直接地连接到共同的参考地线板上。        

注：按照芯片设计的建议来联接电源和地线板是重要的。除非标准设计中有规定，不要把电源或接地引脚放在一起。

5.5 隐藏高速条线
隐藏电源和地线板之间的所有快速上升和下降时间的信号线和时钟信号线。隐藏板层之

间的快速条线可降低这些条线产生的电磁干扰。在外层，很难得到所需要的条线阻抗，这也

会直接影响回波损耗特性。

5.6  交叉高速信号线
如果一个快速信号线必须穿过一个局域网信号线，建议将这两个信号线互相成直角交

叉。从理论上讲，这样不会有电磁场，因而也不会相互影响。

5.7 路径条线
信号线应保持尽可能短，以减少受到来自高频噪音，包括那些通过电源线和地线传播来

的高频噪音。保持尽可能短的条线也会降低条线引起的容性负载。差分对之间的最大距离应

该是不超过十分之一英寸。

(注：如果决定保持条线长度、分开的间隔同样小于1/10英寸，你应该总是使信号条线长度或信号条线的间隔相等。）
    对于高速信号，应尽量减少湾角数目。如果必要，可用两个45⁰角或弧形代替90⁰ 角。要使条线远离印制板的边缘，离边缘的距离应大于条线高于地线板的高度。这样条线周围的电磁场更容易耦合到地线上，而不是耦合相邻的条线、电路板等物体上。还有不要使条线接近晶体或振荡器。这样可以降低耦合区域。一般的原则是，条线与时钟和驱动器间的距离应大于最大间隙的尺寸。

6.6   电源和地平面的思考
为了使给定磁器件共模扼流圈的功能发挥得最好，输入地线板必须与输出地线板分开，

或避免一个部件放在另一部件的下边。

良好的接地，需要尽量减少内部联线的电感。接地回路要短，信号回路所包面积要小。

确保电源输入端旁路到信号回路，将显着降低辐射水平。

6.0 减少电路电感
以下是如何降低背板和主板上电路电感的准则。

所有条线跳过没有中断的连续地线板。如果在地线板或电源板上有空置的面积，不允许信号线跨越空置面积。这会增加电感和辐射水平。作为一般规则，为了减少耦合，模拟信号地线与噪声大的逻辑信号地线应该隔离。噪声大的逻辑地线，有时会影响敏感的直流转换子系统，例如A/D转换器、运算放大器等。所有接地路径接到每个地线板上，同样，每个电源路径接到所有电源板上，可以减少电路的电感。另一项建议是，地线的定位应尽量减少信号通路和信号回路之间的面积。尽可能保持缓慢的上升和下降时间。具有快速上升和下降时间的信号包含很多可能产生显著辐射的高频谐波。将最敏感信号回程连接到最近的机箱的地线上。这将形成一个较小的回路面积，并降低串扰的可能性。可以用电子模拟软件来研究不同结构对串扰量影响效果。

7.0  FCC(Federal Communications Commission美国通信标准)和EN55022(欧洲通信标准)辐射检测
    基于环境因素(例如EMI辐射和磁化率)要对辐射进行测试评估。可以向您当地的环保专家请求咨询援助。设计可能失败的原因是：
    1.  不适当的共模抑制设计。
    2.  围绕硅器件物理层(PHY)部分和控制器的去耦合作用不够。

3.  可能出现的功率板和(或)接地板问题。
4.  时钟和信号条线过长或不正确的终端连接。