以太網硬件電路設計

實現以太網通信硬件電路方法很多，一般情況是CPU+MAC+PHY+網絡變壓器+RJ45。整個硬件電路最多用5個電子器件完成。

隨著集成電路的發展，很多功能被集成在一起，簡化硬件電路的設計。

上述那種方法，器件較多，開發難度比較大。下面列舉其它3種方法。

1、CPU（集成MAC層），外接一個PHY芯片，網絡變壓器和RJ45，總計4個器件。

2、CPU，外加一個MAC和PHY集成一體芯片，外加RJ45（集成網絡變壓器），總計3個電子器件。

3、CPU，加一個MAC芯片和一個PHY芯片，外加RJ45（集成網絡變壓器），總共4個器件。

總體來說，1和2方案最好，用的電子器件少。第2個方案，開發難度較小。

一、CPU（集成MAC層）+一個PHY芯片+網絡變壓器+RJ45

以太網PHY芯片采用AR8031，它與CPU有2種連接方式，一種是RGMII，另外一種是SGMII。

CPU采用的是恩智浦的i.MX6系列單片機，cortex-A9內核，主頻1個G。CPU集成以太網控制器（MAC），硬件集成IEEE1588協議。嚴格來講，這款單片機屬于ARM，能跑Linux操作系統。

RGMII接口對應的數據線比較多，包括4個接收數據線、4個發送數據線、接收數據時鐘、發送數據時鐘等。

圖1是單片機i.MX6Q對應的連接電路：

圖1 單片機 i.MX6對應的網絡接口

圖2是PHY芯片AR8031原理圖，AR8031是高通公司生產低功耗PHY芯片。

圖2：PHY芯片AR8031的原理圖

通過PHY芯片后，然后連接一個網路變壓器，網絡變壓器的作用有，增大驅動能力，增強抗干擾能力，還有阻抗匹配和保護隔離的作用。

最后接RJ45網口。

圖3 網絡變壓器的原理圖

圖4 RJ45接口

二、CPU（具有SPI接口），外加一個MAC和PHY一體芯片（集成TCP/IP協議）。兩者通過SPI接口進行通信。最后加一個RJ45（集成網絡變壓器）。這種方案硬件電路簡單，軟件開發難度也不大。

圖5是恩智浦公司的i.MX RT系列跨界MCU，這款單片機優點是成本低，功能強大。缺點也很明顯，沒有內嵌flash，下載程序程序需要外掛flash。

圖5單片機MIMXRT1052 SPI接口原理圖

圖6是W5500電路圖，這款以太網芯片是微知納特公司生產的，芯片內部集成TCP/IP協議棧。

圖6 W5500原理圖

圖7 是RJ45電路圖，帶有2個指示燈，內部嵌有網絡變壓器。

圖7 RJ45的電路圖