以太网 PHY 的功能和选择

工程小贴士
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以太网 PHY 具有两个主要功能。

首先，PHY具有直接与诸如现场可编程门阵列（FPGA）、微控制器（MCU）或中央处理单元（CPU）之类的设备的媒体访问控制器（MAC）接口的数字域。PHY将在某种程度上具有MII，即4位宽的数据总线，在发送和接收方向上具有控制和时钟线。MII有多种形式，取决于MAC和PHY的速度，并且具有不同的引脚数。下表显示了最常见的MI，并提供了在选择过程中要考虑的利弊的总结。

界面 引脚(pin count) 速度 (Mbps) 优点 缺点
MII RX_D[3:0], RX_CLK, RX_DV, CRS, COL TX_D[3:0], TX_CLK, TX_EN (14) 10, 100 通用引脚输出，速度低，路由简单，延迟最低 不支持1-Gbps，引脚数高
Reduced MII (RMII) RX_D[1:0], CRS_DV, TX_D[1:0], TX_EN (6) 10, 100 Reduced pin count 确定性延迟差（由于先进先出），不支持1-Gbps
Gigabit 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，低延迟 引脚数高，通常不受支持
Reduced Gigabit MII (RGMII) RX_D[3:0], RX_CLK, RX_CTRL, TX_D[3:0], TX_CLK, TX_CTRL (12) 10, 100, 1000 1-Gbps支持，通用引脚输出 布线困难，电磁兼容性（EMC）差
Serial Gigabit MII (SGMII) SO_P, SO_M, SI_P, SI_M (4) 10, 100, 1000 1-Gbps支持、通用引脚输出、优异的EMC性能、易于布线 更昂贵的集成电路

表1：根据引脚数和速度支持列出的常见MI

第二，PHY具有介质相关接口（MDI），该接口通过物理介质将一个设备（同样是FPGA、MCU或CPU）连接到另一个设备。这通常被称为PHY的模拟域，因为它是连续的时变信号。

基于 MDI 为应用程序选择合适的以太网 PHY

大多数PHY的数据表清楚地显示了以下规格和功能：

  • 数据速率（10 Mbps、100 Mbps、1 Gbps）。
  • 接口支持（MII、RMII、GMII、RGMII、SGMII）。
  • 媒介支持（BASE-T、BASE-Te、BASE-TX、BASE-T1）。

考虑到这些信息，您可以从数据速率开始看列表，并匹配最终应用所需的数据速率。接下来确定应用使用的标准。

例如，消费电子产品和大多数工业应用使用10BASE-Te、100BASE-TX和1000BASE-T，因为PC支持这些标准。如果您的应用是汽车应用，支持BASE-T1的PHY是最合适的解决方案。该规则的例外是车载诊断（OBD）端口，通常使用BASE-T或BASE-TX接口（同样）支持PC连接。

MDI IEEE 标准 (速率) 典型应用 媒介 优点 缺点
10BASE-T/Te IEEE802.3u (10 Mbps) 工业照明 CAT5 常见 长距离、低待机功率、低速
10BASE-T1L IEEE802.3cg (10 Mbps) 现场变送器；开关；供暖、通风和空调控制器；自动扶梯 非屏蔽双绞线（UTP）、屏蔽双绞线 超长距离、单对双向、数据电源耦合 低速
100BASE-TX IEEE802.3u (100 Mbps) PLC、IP摄像头、OBD端口 CAT5 常见，匹配现场 高辐射，外部组件
100BASE-T1 IEEE802.3bu (100 Mbps) 显示集群、主机、网关、信息娱乐、航空电子通信、机器人、机器视觉 UTP, STP 低辐射、高抗扰度、单对电缆双向 不太常见（不支持PC连接），电缆长度短
1000BASE-T IEEE802.3ab (1 Gbps) IP摄像机、测试和测量 CAT6 1-Gbps速度 昂贵的电缆
1000BASE-T1 IEEE802.3bp (1 Gbps) 远程通信控制单元、网关、航空电子通信、机器人、机器视觉 UTP, STP 1-Gbps速度，单对双向 不太常见（不支持PC连接），电缆长度短

表2概述了常见的MDI及其常见的系统。

大多数商业和工业PHY支持多种数据速率。这些PHY包括一种称为自动协商的机制，这是PHY交换有关功能支持信息的一种方式，使其能够以尽可能高的速度连接。