1. 基本介绍

  RTL8211E是瑞昱公司推出的一款高度集成的网络接收PHY芯片。它符合 10Base-T、100Base-TX 和 1000Base-T IEEE802.3 标准。该芯片属于网络通信中的物理层。用于MAC和PHY之间的数据通信。目前共有三个版本：RTL8211E-VB-CG、RTL8211E-VL-CG、RTL8211EG-VB-CG。 RTL8211E的主要功能特点包括

  1.符合1000Base-T IEEE802.3ab标准

  2.符合100Base-TX IEEE802.3u标准

  3.符合10Base-T IEEE802.3标准

  4.支持IEEE 802.3 RGMII接口

  5.支持IEEE 802.3 GMII、MII接口，仅RTL8211EG支持

  6.支持网络唤醒功能

  7.支持中断功能

  8.支持交叉检测和自动校正

  9. 支持半工作和全工作操作

  10. 1000M通讯CAT 5. 网线可达120m

   11、RGMII接口可支持3.3V、2.5V、1.8V、1.5V信号

  12. 可提供三个网络状态LED指示灯

  网络数据–>RJ45接口–>网络变压器–>网络PHY芯片–>MAC–>CPU，如图1所示。网络变压器到PHY的传输接口一般为MDI，PHY到PHY的传输接口MAC一般包括MII、RMII、SMII、SSMII、SSSMII、GMII、RGMII、SGMII、TBI、RTBI、XGMII、XAUI、XLAUI等。[敏感词]以RTL8211E为例，整理总结一下网络通信路径接口：

根据RTL8211E的版本不同，RTL8211E与MAC之间的通信接口会略有不同。 RTL8211E-VB-CG是RGMII接口，而RTL8211EG-VB-CG除了RGMII接口外，还有MII和GMII接口。

   RMII全称Reduced MII，是MII的简化版。连接数量从 MII 的 16 个减少到 8 个。

   TXD[1:0]：数据发送信号线，数据位宽为2，为MII接口的一半；

   RXD[1:0]：数据接收信号线，数据位宽为2，为MII接口的一半；

   TX_EN（Transmit Enable）：数据发送使能信号，与MII接口中的信号线功能相同；

   RX_ER（Receive Error）：数据接收错误提示信号，与MII接口中的信号线功能相同；

   CLK_REF：由外部时钟源提供的50MHz参考时钟。与MII接口不同的是，MII接口中的接收时钟和发送时钟是分开的，均由PHY芯片提供给MAC芯片。这里需要注意的是，由于数据接收时钟是由外部晶振提供，而不是从载波信号中提取，因此需要在PHY层芯片的数据接收部分设计一个FIFO来协调两个不同的时钟。为数据提供缓冲。 PHY层芯片的发送部分不需要FIFO，只是将接收到的数据直接发送到MAC。

CRS_DV：该信号由MII接口中的RX_DV和CRS两个信号组成。当介质不空闲时，CRS_DV和RE_CLK异步给出。当CRS早于RX_DV结束时（即载波消失且队列中仍有数据需要发送时），CRS_DV会以25MHz/2.5的频率在半字节边界处0和1之间来回切换兆赫。因此，MAC可以从CRS_DV准确地恢复出RX_DV和CRS。

  在100Mbps速率下，TX/RX每个时钟周期采样一个数据；在10Mbps速率下，TX/RX每10个周期采样一次数据，因此TX/RX数据需要在数据线上保留10个周期。这相当于将一条数据发送10次。

  当PHY层芯片接收到有效的载波信号时，CRS_DV信号变为有效。如果此时 FIFO 中没有数据，则会向 MAC 发送全 0 数据，然后当 FIFO 填满有效数据帧时，数据帧的开头就是“101010-”划线的前导码。当数据中出现“01”位时，表示正式数据传输开始。 MAC 芯片检测到此变化并开始接收数据。

  当外部载波信号消失时，CRS_DV将变为无效，但如果FIFO中还有数据要发送，则CRS_DV将在下一个周期再次变为有效，然后无效再有效，直到FIFO中的数据发送完毕。如果接收过程中出现无效的载波信号或无效的数据编码，RX_ER将变为有效，表明物理层芯片接收错误。

   2、方案设计

  RTL8211E应用主要由四部分组成：电源部分设计、MDI接口设计、RGMII接口设计和接口管理设计。

   1. RTL8211E电源设计

RTL8211E的供电主要由3.3V和1.05V两个电源组成。外部电源为3.3V，1.05V电源通过自身的开关稳压器形成或从外部电源引入。这两套电源主要为芯片运行以及GMII、MDI等IO接口驱动提供电源。以下是RTL8211E和RTL8211EG的电源引脚说明

  RTL8211E的3.3V电源由外部电源VDD33引入，经过去耦电容C21滤波，形成芯片的数字3.3V电源DVDD33和模拟3.3V电源AVDD33。如下图所示，C21对电能质量影响较大。

   RTL8211E/RTL8211EG的GMII/RGMII电源是通过2.5V/1.8V/1.5V低压差稳压LDO进行电压转换形成的3.3V电源，其中3.3V和2.5V为RTL8211E-VB-CG /RTL8211EG-VB-CG，1.8V和1.5V是RTL8211E-VL-CG的低压RGMII接口。

  对于接口管理应用，1.05V IO驱动电源通过芯片自身的开关稳压器或通过外部LDO进行转换。如果使用自带的稳压器进行转换，则3.3V模拟电源通过去耦电容连接到芯片。另外，通过连接外部电感和一些小值去耦电容形成模拟或数字1.05V电源。

  需要注意的是，开关稳压器只能给芯片自身的AVDD10和DVDD10供电，不能给其他外部电路供电。

   2、RTL8211E的MDI接口设计

MDI（Medium Dependent Interface）媒体相关接口一般通过信号发送端（TD+&TD-）和信号接收端（RD+&RD-）连接到互联网，然后通过网络过滤器连接到终端网络和 RJ-45。

   MDI连接是一种高速信号连接。必须特别注意MDI 生产线的设计。从RTL8211E/RTL8211EG到10/100/1000M网络变压器以及到RJ-45接口的路径需要尽可能短。从RTL8211E/RTL8211EG到10/100/1000M网络变压器之间的距离不能超过12cm，两对接收或发送差分信号线需要尽可能靠近，以便噪声影响可以相互抵消。一般情况下，两者之间的距离等于一条线的宽度。例如，如果信号线宽度为8mil，则D1的宽度为8mil。两组信号线之间的距离D2一般建议为30mil。

  另外，为了减少ESD的影响，RJ-45和千兆网络H5007具有相同的地平面，RTL8211E/RTL8211EG网络PHY芯片的两个地平面需要连接一个2Kv的电容。同时，考虑到EMI的影响，网络变压器的中心抽头引脚需要连接一个电容接地。

   3、RTL8211E的RGMII接口设计

MII是英文Medium Independent Interface的缩写。翻译成中文为“媒体独立接口”。该接口一般用于MAC层和PHY层之间的以太网数据传输。也可以称为数据接口。 MII 是简化的 MII。简化。与MII接口相比，GMII的数据宽度从4位变为8位。 GMII 接口中的控制信号如 TX_ER、TX_EN、RX_ER、RX_DV、CRS 和 COL 与 MII 接口中的控制信号具有相同的功能。参考时钟GTX_CLK和接收参考时钟RX_CLK的频率为125MHz(1000Mbps/8=125MHz)。

   RGMII 连接是一种高速信号连接。必须特别注意RGMII电路设计。 RTL8211E/RTL8211EG 和 MAC 之间的距离不能超过 2.5 英寸。

   RGMII时钟信号和数据信号之间需要有20mils的间隙，GMII接收和发送接线长度相差100mils以上。

   RGMII的接线有完整的接地层，没有损坏。

  出于EMI考虑，需要在PHY芯片的RXC端放置RC滤波器，在MAC芯片的TXC端放置RC滤波器。