RGMII接口布線經(jīng)驗(yàn)

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備一定離不開MAC和PHY，有MAC和PHY的地方就有相應(yīng)的接口，無論看得見或者看不見，它就在那里，不悲不喜。在以太網(wǎng)中，這個(gè)接口就是介質(zhì)無關(guān)接口，英文稱為Media Independent Interface，簡稱MII。MII適用于百兆網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，有個(gè)很大的缺點(diǎn)就是走線很多，于是就出現(xiàn)了RMII，即Reduced Media Independent Interface，在MII的基礎(chǔ)上減少了一半的數(shù)據(jù)線。千兆以太網(wǎng)的誕生帶來了GMII，即Gigabit Media Independent Interface，人們發(fā)現(xiàn)GMII的走線也很多，于是又出現(xiàn)了RGMII，即Reduced Gigabit Media Independent Interface，也就是本文的主角。當(dāng)然還有串行的MII接口家族，請(qǐng)讀者自行查閱相關(guān)文獻(xiàn)。

Why RGMII?

有這么多形式的MII接口，為什么筆者偏要選擇RGMII呢?原因簡單而粗暴：用得多。隨著芯片集成度的提高，很多網(wǎng)絡(luò)處理器/SoC集成了百兆以太網(wǎng)交換機(jī)，如果用戶需要實(shí)現(xiàn)千兆以太網(wǎng)絡(luò)，那么往往需要配合RGMII接口的千兆以太網(wǎng)PHY。無線時(shí)代小站中介紹的很多處理器都是這樣的。

RGMII技術(shù)特征

如前所述，RGMII接口減少了MAC與PHY之間的走線數(shù)量，通過在參考時(shí)鐘的上升/下降沿同時(shí)采樣及信號(hào)復(fù)用得以實(shí)現(xiàn)。RGMII有RTBI與RGMII兩種模式，由于筆者在工作中未接觸過RTBI，所以不做介紹。RGMII具有如下特征：

相對(duì)于GMII接口，發(fā)送/接收數(shù)據(jù)線由8根減少為4根

TX_ER與TX_EN復(fù)用，通過TX_CTL傳送

RX_ER與RX_DV復(fù)用，通過RX_CTL傳送

1 Gbit/s速率下，時(shí)鐘頻率為125MHz

100 Mbit/s速率下，時(shí)鐘頻率為25MHz

10 Mbit/s速率下，時(shí)鐘頻率為2.5MHz

RGMII 1.3版本要求：通過PCB走線使得時(shí)鐘相對(duì)數(shù)據(jù)線延遲1.5-2ns

RGMII 2.0版本引入了片上延遲的功能，即在芯片內(nèi)部實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘延遲

RGMII信號(hào)定義

RGMII接口時(shí)序圖

RGMII接口布線經(jīng)驗(yàn)

RGMII Layout Guide

有了前文的敘述，相信讀者已經(jīng)具備了RGMII Layout的思路，主要就是以下幾項(xiàng)：

創(chuàng)建2個(gè)等長組，分別參考TXC與RXC

如果MAC/PHY內(nèi)部帶有時(shí)鐘延遲，則無需對(duì)時(shí)鐘線做延遲

如果MAC/PHY內(nèi)部均不具備時(shí)鐘延遲，則需要對(duì)時(shí)鐘線做延遲

關(guān)于時(shí)鐘線的延遲，以下幾張圖片可以很好地說明，分別對(duì)應(yīng)PCB延遲，MAC+PHY延遲與PHY延遲。當(dāng)然，選取那種方式取決于使用的MAC/PHY芯片。

RGMII在1 Gbit/s速率下的時(shí)鐘頻率可達(dá)125MHz，可想而知，RGMII Layout還需要遵守高速數(shù)字電路布線基本準(zhǔn)則：

阻抗控制

2W/3W原則

注意，在射頻與高速數(shù)字電路同時(shí)存在的設(shè)計(jì)中，不可能同時(shí)對(duì)射頻走線及高速數(shù)字走線進(jìn)行阻抗控制，這時(shí)請(qǐng)務(wù)必在RGMII所有走線上增加串聯(lián)匹配電阻，擺放位置遵守源端匹配原則。

RGMII Layout實(shí)例

下圖是筆者為朋友開發(fā)設(shè)計(jì)的多口PHY，通過排針連接到外部的MAC板。讀者一定很好奇這個(gè)板子是干啥用的，其實(shí)筆者也不知道。

放大其中的一個(gè)，可以看到筆者在RGMII走線上增加的串聯(lián)匹配電阻，繞線處理，仔細(xì)一點(diǎn)還可以看出走線間距(Air Gap)在2倍線寬以上。

查看Constrain Manager，可以看到RGMII走線規(guī)則的各種設(shè)定。

2W線距規(guī)則

等長規(guī)則

阻抗控制規(guī)則

其實(shí)，MII/RMII/GMII的Layout方式與RGMII很像，留給讀者自行摸索。