3种以太网硬件电路设计方案

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实现以太网通信硬件电路方法很多，一般情况是CPU+MAC+PHY+网络变压器+RJ45。整个硬件电路最多用5个电子器件完成。

随着集成电路的发展，很多功能被集成在一起，简化硬件电路的设计。上述那种方法，器件较多，开发难度比较大。下面列举其它3种方法。1、CPU（集成MAC层），外接一个PHY芯片，网络变压器和RJ45，总计4个器件。2、CPU，外加一个MAC和PHY集成一体芯片，外加RJ45（集成网络变压器），也是3个电子器件。3、CPU，加一个MAC芯片和一个PHY芯片，外加RJ45（集成网络变压器），总共4个器件。总体来说，1和2方案最好，用的电子器件少。第2个方案，开发难度较小。

一、CPU（集成MAC层）+一个PHY芯片+网络变压器+RJ45：以太网PHY芯片采用AR8031，它与CPU有2种连接方式，一种是RGMII，另外一种是SGMII。CPU采用的是恩智浦的i.MX6系列单片机，cortex-A9内核，主频1个G。CPU集成以太网控制器（MAC），硬件集成IEEE1588协议。严格来讲，这款单片机属于ARM，能跑Linux操作系统。RGMII接口对应的数据线比较多，包括4个接收数据线、4个发送数据线、接收数据时钟、发送数据时钟等。图1是单片机i.MX6Q对应的连接电路：


图1 单片机 i.MX6对应的网络接口

图2是PHY芯片AR8031原理图，AR8031是高通公司生产低功耗PHY芯片。


图2：PHY芯片AR8031的原理图

通过PHY芯片后，然后连接一个网路变压器，网络变压器的作用有，增大驱动能力，增强抗干扰能力，还有阻抗匹配和保护隔离的作用。最后接RJ45网口。


图3 网络变压器的原理图

图4 RJ45接口

二、CPU（具有SPI接口），外加一个MAC和PHY一体芯片（集成TCP/IP协议）。两者通过SPI接口进行通信。最后加一个RJ45（集成网络变压器）。这种方案硬件电路简单，软件开发难度也不大。图5是恩智浦公司的i.MX RT系列跨界MCU，这款单片机优点是成本低，功能强大。缺点也很明显，没有内嵌flash，下载程序程序需要外挂flash。


图5单片机MIMXRT1052 SPI接口原理图

图6是W5500电路图，这款以太网芯片是微知纳特公司生产的，芯片内部集成TCP/IP协议栈。
图6 W5500原理图

图7 是RJ45电路图，带有2个指示灯，内部嵌有网络变压器。

图7 RJ45的电路图

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