以太网的MII和RMII路由指南

2019年7月24日

带有MII和RMII路由准则的pcb堆栈

以太网和其他网络技术确实很神奇，如果没有它们，您就无法阅读本文。由于支持以太网的设备在商业、工业和消费者电信应用中如此重要，因此设计人员应该花时间了解以太网设备的基本架构。MII和RMII路由准则只是编织现代电信织锦的一套标准。

支持以太网的设备架构

首先，关于支持以太网的设备的总体架构和相关的路由标准，有一些重要的地方需要注意。MII (media-independent interface)是用于连接MAC (media access control)块到PHY (physical)层的网络设备标准。整个以太网网络设备的这两个部分在OSI(开放系统互连)模型中执行不同的功能。系统各部分的功能如下:

PHY:将来自MAC的数字数据转换成模拟信号，沿物理网络接口发送的集成电路。这些集成电路作为收发器，因此他们调制沿物理层发送的模拟信号。当与以太网的物理光纤链路连接时，PHY的输出被发送到光纤收发器进行转换调制模拟信号光信号。
MAC: CPU/FPGA/MCU/ASIC之间的接口，用于与PHY芯片进行数据处理和通信。MAC提供所需的数据处理能力，并向PHY发送数据和接收数据。

MII标准在MAC和PHY之间传输4位数据块，用于通信TX和RX数据。PHY需要自己的2.5 MHz (10 Mbps模式)或25 MHz (100 Mbps模式)的时钟。MII中的通信不是双向的，因此将特定的信号分为TX和RX两组信号。注意，用于控制PHY的时钟信号也用于触发MAC向PHY发送TX数据;数据从MAC发送到该脉冲上升沿的PHY，允许数据同步传输。

PHY ic也用于其他通信协议，如USB、SATA和无线LAN/WiFi。一些功能可以集成到MAC层，这取决于相关的应用程序。在以太网中，在MII标准下，PHY与MAC通信所需的信号数量相当大，因此开发了RMII标准以减少信号数量。

以太网框图

显示以太网设备连接性的框图

以太网的MII vs RMII

每个PHY控制一个物理接口，因此像网络交换机这样的设备的pcb包含许多迹线来提供PHY和MAC之间的通信。在MII中，每个PHY需要18个信号来与MAC通信，而这些信号中只有2个可以在多个PHY设备之间共享。因此，RMII(简化MII)被开发为MII的变体，以将每个PHY接口的不可共享信号数量减少一半(减少到每个PHY 8个)。

RMII规范还能够支持10mbps和100mbps的数据速率gigabit-capable变体．在RMII中，PHY中使用的时钟频率以50 MHz连续运行，以获得10 Mbps和100 Mbps的数据速率。时钟速率在100mbps时翻倍，也使得PHY和MAC之间的通信信号数量减少了一半。总共需要9个信号进行通信，其中最多3个信号可以在多个物理节点之间共享。

请注意，有些PHY IC是多端口的，这意味着单个IC可以连接多个RJ-45连接器。然而，MII或RMII路由规范仍然需要用于MAC层和PHY层之间的连接，无论PHY输出端口的数量如何。在规划布局时，始终遵循在PCB中使用的PHY设备的数据表中的布局指南。

MII和RMII路由指南

MII和RMII路由中PCB上的所有连接都是点到点连接。尽管MII和RMII使用相对较低的数据速率，但决定迹线是否可以作为传输线的限制参数是信号上升/下降时间。除非你的电路板非常大，或者你的信号切换速度非常快，否则每次连接末端的反射可以忽略。MII中推荐的走线阻抗为50欧姆±10%。

虽然PHY和MAC之间的迹线长度通常足够短，可以忽略传输线的影响，但当迹线电长时，在路由信号和时钟迹线时应该注意阻抗。由于MII和RMII需要PHY和MAC之间的时钟信号，路由时钟信号的最佳实践应该使用较长的走线。一般来说，你应该避免在携带时钟信号的电路板上使用过孔阻抗控制由于各层之间的跟踪阻抗可能不同。然而，只要每一层的阻抗被小心地控制到正确的值，那么时钟信号肯定可以通过通孔路由。这将防止信号反射在较长的时钟痕迹。

基于上述原因，所有MII/RMII信号迹线应尽可能短地在单层上路由，迹线应沿直线路径路由。如果必须在有信号迹线的拐角转弯，迹线应弯曲不超过45度。时钟线也应该用接地线屏蔽，以防止通过电容耦合产生串扰，特别是当需要较长的走线时。

由于TX和RX数据信号是由时钟的上升沿触发的，因此MII和RMII中的通信是同步的。因此，MAC和PHY之间的数据线和时钟线应该是长度匹配．长度匹配的允许偏差取决于这两个元素之间数字信号的上升/下降时间，尽管通常建议任何偏差小于10毫米，因为MII和RMII使用TTL逻辑。同样，允许的迹长不匹配取决于数字信号的上升/下降时间。

带数字数据的齿轮

让你的信号像手表的齿轮一样同步

区分MII和RMII路由的最后一个要点与每个标准中使用的信号数量有关。一些PHY设备支持这两种标准，因此如果使用RMII, PHY上的一些引脚将不会使用。您的数据表将告诉您哪些引脚需要拉下，哪些引脚可以安全地打开。

MAC和PHY之间的不同信号线也应该包括一个串联电阻，以在切换期间提供适当的阻尼水平。MII和RMII信号走线需要不同的系列电阻，每个接口的完整规格列表超出了本文的范围。值得庆幸的是,瑞萨已经编制了单通道PHY中MII和RMII路由的完整规格列表。在每个标准的信号轨迹上所需的系列电阻可以在他们的文章中找到。

在设计下一个以太网接口时，需要正确的PCB布局和设计软件完成工作。Allegro PCB Designer凯蒂丝也吃饱了设计工具套件使用布局和验证工具设计，实现MII和RMII路由指南。