在技术文章系列“简化您的以太网设计”的第1部分中，我们将介绍以太网物理层基础知识，帮助您选择合适的终端应用物理层。我们还将提供TI物理层选择流程图，帮助您简化物理层选择过程。
什么是以太网物理层？
实际上，基础以太网物理层非常简单：如图1所示，它是一种物理层收发器（发射器和接收器），能将一个设备物理地连接到另一个设备。这种物理连接可以是铜线（例如CAT5电缆——一种家庭使用的蓝色插线电缆）或光纤电缆。
互联网的初始概念是一个能够快速、可靠、安全地将数据从一所大学交换到另一所大学的网络，从而造成了以太网的诞生。随后电气和电子工程师在（IEEE）在以太网的基础上进行扩展，采用新的速度（数据速率）、物理介质（电缆材料）和物理层功能，使以太网的扩展远远超出计算机网络。
Ethernet物理层有哪些功能？
Ethernet物理层有两大主要功能。
首先，物理层（PHY）具有直接与设备的介质访问控制器（MAC）连接的数字域，如现场可编程门阵列（FPGA）、微控制器（MCU）或中央处理器（CPU）。PHY将在不同程度上具有MII、4位宽的数据总线，在发送和接收方向上具有控制线和时钟线。MII形式多样，具体取决于MAC和PHY的速度，并且会有不同引脚计数。表1显示了最常见的MII，并提供了在选择时中要考虑的利弊的摘要。
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接口 |
引脚（引脚计数） |
速度支持 (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 |
普通引脚分配、低速、便于布线、最低延迟 |
无1-Gbps支持，高引脚计数 |
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MII减少（RMII） |
RX_D[1:0], CRS_DV, TX_D[1:0], TX_EN (6) |
10, 100 |
引脚计数减少 |
确定性延迟低 (由于先进、先出)，无1-Gbps支持 |
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千兆位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，低延迟 |
高引脚计数，一般不支持 |
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千兆位MII减少（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，普通引脚分配 |
布线困难，电磁兼容性（EMC）差 |
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串行千兆位MII（SGMII） |
SO_P, SO_M, SI_P, SI_M (4) |
10, 100, 1000 |
1-Gbps支持，普通引脚分配，电磁兼容性优良，易于布线 |
集成电路更昂贵 |
其次，PHY有一个介质独立接口（MDI），它通过物理介质将一个设备（同样，一个FPGA、MCU或CPU）连接到另一个设备。这通常被称为物理层的模拟域，因为它是一个连续时变信号。
基于MDI，为您的系统选择合适的以太网物理层
现在我们已经介绍了物理层的功能，让我们应用这些知识来为您的系统找到合适的物理层。大多数集成电路制造商规定其物理层具有以下规范和特性：
• 数据速率（10 Mbps、100 Mbps、1 Gbps）
• 接口支持（MII、RMII、GMII、RGMII、SGMII）
• 介质支持（BASE-T、BASE-Te、BASE-TX、BASE-T1）
有了这些信息，您可以从数据速率开始研究此列表，并将其与终端应用所需的数据速率相匹配。接下来，确定应用通常使用的标准。例如，自2015年以来，汽车以太网得到了极大的扩展，现在通常由半导体制造商提供。因此，介质标准是一个重要的考虑因素，因为BASE-T1与BASE-T完全不同。
再举一个例子，消费电子产品和大多数工业应用使用10BASE-Te、100BASE-TX和1000BASE-T，因为PC支持这些标准。如果您的应用程序是自动化的，那么支持BASE-T1的物理层是最适合的解决方案。此规则的例外是汽车车载诊断（OBD）端口，它通常使用BASE-T或BASE-TX接口来（再次）支持PC连接。表2概述了常见的MDI及其常见的系统。
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MDI |
IEEE规范（数据速率） |
典型系统 |
中等 |
利 |
弊 |
|
10BASE-T/Te |
IEEE802.3u (10 Mbps) |
工业照明 |
CAT5 |
通用支持 远距离 低待机功率 |
低速 |
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10BASE-T1L |
IEEE802.3cg (10 Mbps) |
现场发送器；开关；加热、通风和空调控制器；自动扶梯 |
非屏蔽双绞线（UTP），屏蔽双绞线（STP） |
超长距离，单对双向，数据功率耦合 |
低速 |
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100BASE-TX |
IEEE802.3u (100 Mbps) |
PLC、IP摄像头、OBD端口 |
CAT5 |
通用支持，由现场总线使用 |
高发射，外部组件 |
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100BASE-T1 |
IEEE802.3bu (100 Mbps) |
显示群集、音响主机、网关、信息娱乐、航空电子通信、机器人学、机器视觉 |
UTP, STP |
低发射、高抗扰性、单对双向电缆 |
不常见（无PC连接支持），电缆长度较短 |
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1000BASE-T |
IEEE802.3ab (1 Gbps) |
IP摄像头，测试与测量 |
CAT6 |
1-Gbps速度 |
电缆昂贵 |
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1000BASE-T1 |
IEEE802.3bp (1 Gbps) |
车联网控制单元、网关、航空电子通信、机器人学、机器视觉 |
UTP, STP |
1-Gbps速度，单对双向 |
不常见（无PC连接支持），电缆长度较短 |
大多数商业和工业物理层支持多种数据速率。这些物理层包括一种称为自动协商的机制，这是物理层交换有关功能支持的信息的一种方式，使它们能够以尽可能快的速度连接起来。
TI以太网物理层选择流程图
如果您已经准备好将您的以太网物理层知识付诸实践，图2是一个简单的物理层选择流程图，它可以帮助您确定适合您的设计的TI设备。如要了解此流程图中设备的更多信息，包括用于支持工业4.0应用的DP83826E低延迟以太网物理层和用于空间受限汽车应用的DP83TC811S-Q1100BASE-T1以太网物理层，请访问我们的以太网物理层概述。
敬请期待我们物理层选择系列的第2部分，我们将探索物理层原理图捕获和布局的最佳实践，以最大限度地降低噪声、发射和信号损失。
其他资源
• 阅读应用报告“与以太网产品相关的缩略语的中英文定义”，了解与以太网相关的缩略语的详细列表。
