在技術文章系列“簡化您的乙太網設計”的第1部分中，我們將介紹乙太網實體層基礎知識，説明您選擇合適的終端應用實體層。我們還將提供TI實體層選擇流程圖，幫助您簡化實體層選擇過程。
什麼是乙太網實體層？
實際上，基礎乙太網實體層非常簡單：如圖1所示，它是一種實體層收發器（發射器和接收器），能將一個設備物理地連接到另一個設備。這種物理連接可以是銅線（例如CAT5電纜——一種家庭使用的藍色插線電纜）或光纖電纜。
互聯網的初始概念是一個能夠快速、可靠、安全地將資料從一所大學交換到另一所大學的網路，從而造成了乙太網的誕生。隨後電氣和電子工程師在（IEEE）在乙太網的基礎上進行擴展，採用新的速度（資料速率）、物理介質（電纜材料）和實體層功能，使乙太網的擴展遠遠超出電腦網路。
Ethernet實體層有哪些功能？
Ethernet實體層有兩大主要功能。
首先，實體層（PHY）具有直接與設備的介質存取控制器（MAC）連接的數位域，如現場可程式設計閘陣列（FPGA）、微控制器（MCU）或中央處理器（CPU）。PHY將在不同程度上具有MII、4位元寬的資料匯流排，在發送和接收方向上具有控制線和時鐘線。MII形式多樣，具體取決於MAC和PHY的速度，並且會有不同引腳計數。表1顯示了最常見的MII，並提供了在選擇時中要考慮的利弊的摘要。
|
介面 |
引腳（引腳計數） |
速度支援 (Mbps) |
利 |
弊 |
|
MII |
RX_D[3:0], RX_CLK, RX_DV, CRS, COL TX_D[3:0], TX_CLK, TX_EN (14) |
10, 100 |
普通引腳分配、低速、便於佈線、最低延遲 |
無1-Gbps支持，高引腳計數 |
|
MII減少（RMII） |
RX_D[1:0], CRS_DV, TX_D[1:0], TX_EN (6) |
10, 100 |
引腳計數減少 |
確定性延遲低 (由於先進、先出)，無1-Gbps支持 |
|
十億位元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，低延遲 |
高引腳計數，一般不支援 |
|
十億位元MII減少（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，普通引腳分配 |
佈線困難，電磁相容性（EMC）差 |
|
串列十億位元MII（SGMII） |
SO_P, SO_M, SI_P, SI_M (4) |
10, 100, 1000 |
1-Gbps支持，普通引腳分配，電磁相容性優良，易於佈線 |
積體電路更昂貴 |
其次，PHY有一個介質獨立介面（MDI），它通過物理介質將一個設備（同樣，一個FPGA、MCU或CPU）連接到另一個設備。這通常被稱為實體層的模擬域，因為它是一個連續時變信號。
基於MDI，為您的系統選擇合適的乙太網實體層
現在我們已經介紹了實體層的功能，讓我們應用這些知識來為您的系統找到合適的實體層。大多數積體電路製造商規定其實體層具有以下規範和特性：
• 資料速率（10 Mbps、100 Mbps、1 Gbps）
• 介面支援（MII、RMII、GMII、RGMII、SGMII）
• 介質支持（BASE-T、BASE-Te、BASE-TX、BASE-T1）
有了這些資訊，您可以從資料速率開始研究此清單，並將其與終端應用所需的資料速率相匹配。接下來，確定應用通常使用的標準。例如，自2015年以來，汽車乙太網得到了極大的擴展，現在通常由半導體製造商提供。因此，介質標準是一個重要的考慮因素，因為BASE-T1與BASE-T完全不同。
再舉一個例子，消費電子產品和大多數工業應用使用10BASE-Te、100BASE-TX和1000BASE-T，因為PC支持這些標準。如果您的應用程式是自動化的，那麼支持BASE-T1的實體層是最適合的解決方案。此規則的例外是汽車車載診斷（OBD）埠，它通常使用BASE-T或BASE-TX介面來（再次）支援PC連接。表2概述了常見的MDI及其常見的系統。
|
MDI |
IEEE規範（資料速率） |
典型系統 |
中等 |
利 |
弊 |
|
10BASE-T/Te |
IEEE802.3u (10 Mbps) |
工業照明 |
CAT5 |
通用支援 遠距離 低待機功率 |
低速 |
|
10BASE-T1L |
IEEE802.3cg (10 Mbps) |
現場發送器；開關；加熱、通風和空調控制器；自動扶梯 |
非遮罩雙絞線（UTP），遮罩雙絞線（STP） |
超長距離，單對雙向，資料功率耦合 |
低速 |
|
100BASE-TX |
IEEE802.3u (100 Mbps) |
PLC、IP攝像頭、OBD埠 |
CAT5 |
通用支援，由現場匯流排使用 |
高發射，外部組件 |
|
100BASE-T1 |
IEEE802.3bu (100 Mbps) |
顯示群集、音響主機、閘道、資訊娛樂、航空電子通信、機器人學、機器視覺 |
UTP, STP |
低發射、高抗擾性、單對雙向電纜 |
不常見（無PC連接支援），電纜長度較短 |
|
1000BASE-T |
IEEE802.3ab (1 Gbps) |
IP攝像頭，測試與測量 |
CAT6 |
1-Gbps速度 |
電纜昂貴 |
|
1000BASE-T1 |
IEEE802.3bp (1 Gbps) |
車聯網控制單元、閘道、航空電子通信、機器人學、機器視覺 |
UTP, STP |
1-Gbps速度，單對雙向 |
不常見（無PC連接支援），電纜長度較短 |
大多數商業和工業實體層支援多種資料速率。這些實體層包括一種稱為自動協商的機制，這是實體層交換有關功能支援的資訊的一種方式，使它們能夠以盡可能快的速度連接起來。
TI乙太網實體層選擇流程圖
如果您已經準備好將您的乙太網實體層知識付諸實踐，圖2是一個簡單的實體層選擇流程圖，它可以幫助您確定適合您的設計的TI設備。如要瞭解此流程圖中設備的更多資訊，包括用於支援工業4.0應用的DP83826E低延遲乙太網實體層和用於空間受限汽車應用的DP83TC811S-Q1100BASE-T1乙太網實體層，請訪問我們的乙太網實體層概述。
敬請期待我們實體層選擇系列的第2部分，我們將探索實體層原理圖捕獲和佈局的最佳實踐，以最大限度地降低雜訊、發射和信號損失。
其他資源
• 閱讀應用報告“與乙太網產品相關的縮略語的中英文定義”，瞭解與乙太網相關的縮略語的詳細列表。
