以太网芯片的工作电压因型号、厂家及应用场景的不同而有所差异。常见的以太网芯片工作电压范围主要包括核心电压(Core Voltage)、输入/输出电压(I/O Voltage)和供电电压(Supply Voltage),这些电压决定了芯片的正常运行和通信能力。
1. 以太网芯片常见电压范围
不同的以太网芯片可能采用不同的供电方案,以下是常见的工作电压范围:
- 核心电压(Core Voltage):1.0V~1.2V
- 以太网芯片内部核心电路,如MAC(Media Access Control,媒体访问控制层)和PHY(Physical Layer,物理层)部分通常工作在低电压下,以降低功耗并提高效率。
- I/O 电压(I/O Voltage):1.8V、2.5V、3.3V
- 以太网芯片的I/O接口,如MII(Media Independent Interface,媒体无关接口)、RMII(Reduced Media Independent Interface,简化媒体无关接口)等,需要与外部MCU、FPGA或交换芯片兼容,因此支持多个电压等级。
- 供电电压(Supply Voltage):3.3V、5V
- 一些以太网芯片,如集成PHY的产品,通常由3.3V或5V供电。
2. 常见以太网芯片的电压规格
不同厂商的以太网芯片设计不同,例如:
- Realtek(瑞昱)
- RTL8211(千兆以太网PHY):核心电压1.0V,I/O电压2.5V或3.3V,供电电压3.3V
- RTL8105E(百兆以太网PHY):核心电压1.0V,I/O电压3.3V,供电电压3.3V
- Microchip(微芯)
- LAN8720A(RMII 10/100Mbps PHY):核心电压1.2V,I/O电压1.8V/2.5V/3.3V,供电电压3.3V
- KSZ9031(千兆以太网PHY):核心电压1.0V,I/O电压1.8V/2.5V/3.3V,供电电压3.3V
- Broadcom(博通)
- BCM54616S(千兆PHY):核心电压1.0V,I/O电压1.8V/2.5V,供电电压3.3V
3. 不同速率以太网芯片的电压差异
以太网芯片的电压随速率提高可能会有所变化:
- 10/100Mbps 以太网芯片
- 这类芯片通常采用1.2V 核心电压,I/O电压支持1.8V/2.5V/3.3V,供电电压通常为3.3V。
- 千兆(1Gbps)以太网芯片
- 核心电压降低至1.0V~1.1V,I/O电压通常支持1.8V/2.5V,供电电压依然是3.3V。
- 2.5G/5G/10G 以太网芯片
- 由于速率更高,功耗增加,核心电压可能更低(0.9V~1.0V),I/O电压通常保持1.8V/2.5V,供电电压可能为3.3V或1.8V,部分高速芯片甚至需要额外的电源轨,如0.75V供电。
4. 以太网芯片电压选择的影响
(1) 低电压设计降低功耗
随着制程工艺的进步,以太网芯片的核心电压逐渐降低,例如从传统的1.2V降至1.0V甚至0.9V,以降低功耗,减少热量,并提高稳定性。
(2) I/O电压的兼容性
许多以太网芯片支持不同的I/O电压(如1.8V、2.5V、3.3V),以确保与不同的主控芯片(如MCU、FPGA或交换芯片)兼容。例如,一些FPGA可能仅支持1.8V I/O电平,因此选择支持1.8V I/O的以太网芯片可以避免电平转换电路的使用。
(3) 高速以太网芯片的供电需求
对于2.5G/5G/10G以太网,因其高数据速率,信号完整性要求更高,因此供电设计更为复杂,可能需要多个供电轨(如0.75V、1.0V、1.8V、3.3V等),以优化功耗和性能。
5. 以太网芯片的电源设计注意事项
电源滤波和去耦
- 低压供电的以太网芯片对电源噪声较为敏感,应在PCB设计时添加适当的去耦电容,如0.1µF、1µF、10µF等不同容值的电容以提高电源稳定性。
稳压电源选择
- 对于1.0V或1.2V核心电压,可采用LDO(低压差线性稳压器)或DC-DC降压转换器供电,确保低噪声、稳定的电源输出。
散热管理
- 高速以太网芯片(如10G PHY)功耗较大,可能需要散热片或强制风冷,确保稳定工作。
6. 总结
以太网芯片的电压因速率、厂商及应用不同而有所变化。一般而言:
- 核心电压 通常在1.0V~1.2V(高速芯片可能更低)。
- I/O 电压 可能是1.8V、2.5V或3.3V,确保与外部设备兼容。
- 供电电压 多数芯片采用3.3V,部分高端芯片可能使用1.8V或更低。
在选择以太网芯片时,需要综合考虑电压兼容性、功耗、散热及信号完整性,合理进行供电设计,以确保系统的稳定性和可靠性。