以太网MDC,MDIO振铃问题分析以及解决策略

1 问题描述

产品开发样机转测试过程中，测试出MDIO信号存在振铃现象，最初始的测试波形如下图，其中红色的为MDC时钟信号，黄色的为MDIO信号。

从测试结果可知，MDIO在MDC信号上升和下降沿时会有一个过冲和跌落，会跌到2.5V左右，而根据RTL8376的datasheet，其输出的逻辑高电平最小需要满足2.7V，测试部判为测试不通过。

2 原因分析

分析MDIO和MDC信号，MDC信号在上升和下降沿时，有过冲现象，MDIO信号正好也在MDC的上升和下降沿时会发生电压上冲和跌落的现象，初步断定是由于MDC信号在MDIO线上造成了串扰，再看PCB走线，MDIO和MDC之间的走线很近。只有5mil，很容易造成串扰。

3 调试过程以及解决方法

3.1 对MDIO信号线整改

3.11

首先考虑到是对MDIO线这边进行整改，参考DEMO原理图的设计，在MDIO线上没有串接电阻和预留对地电容，在MDIO线上只有4.7K的上拉电阻，而其他方案交换机的设计都在MDIO线上串接了一个电阻，割线线在MDIO线上串接了一个33R电阻，没有效果。

3.12

将上拉电阻改小为1K，测试结果如下图，调小上拉电阻只能使得MDIO上升更快，并不能降低振铃幅度。

3.13

在MDIO信号线上增加对地电容，其原理是通过电容的储能作用，能够较少信号线上的电压的过冲和跌落。

MDIO上拉电阻为1K，加一个对地18pF电容

MDIO上拉电阻为1K，加一个对地47pF电容

MDIO上拉电阻为1K，加一个对地100pF电容

MDIO上拉电阻为1K，加一个对地150pF电容

MDIO上拉电阻为1K，加一个对地270pF电容

在MDIO线上增加对地的电容，能够降低振铃幅度，电容越大，能够使得MDIO的振铃幅度越低，但是使得MDIO信号的上升越缓，对比测试结果，在MDIO线上加100pF的电容，测试波形效果最好，高电平的电压跌落最低点也能达到2.87V，满足要求，但是如果采用此方法，需要改板。

3.2 对MDC信号线整改

3.21

对于MDIO振铃问题处理，考虑到是由于MDC信号造成的串扰，在MDC上做做文章，首先考虑的就是MDC上串接的电阻和对地电容，DEMO原理图MDC上串接的是49.9R的电阻，以及对地电容为15pF，先用15pF的对地电容，不同大小的串接电阻测试对比。

串接电阻33R 对地电容15pF

串接电阻49.9R 对地电容15pF

串接电阻100R 对地电容15pF

通过三组的对比结果可以看出，串接电阻为49.9R时，电压跌落最小，但是相差不大，调节MDC上的串接电阻对结果的改善不大，最终考虑使用49.9R电阻。

3.22

从波形看，MDC信号也有过冲现象，如果将MDC的过冲降低，是不是可以使其在MDIO上的串扰降低呢，再尝试加大MDC上的对地电容，测试结果如下：

MDC对地电容15pF

MDC对地电容47pF

MDC对地电容100pF

从测试结果看，加大MDC的对地电容，MDC上的过冲会减少，相应的MDIO信号的振铃幅度会降低，使用47pF对地电容时，MDIO信号跌落的最低点能达到2.89V，使用100pF电容时，MDIO信号跌落的最低点能达到2.94V，都满足要求，该方法可以不改板，不需Gerber变更。

3.23

对MDC信号线进行整改，之前判断可能是由于MDC与MDIO走线太近，MDC信号在MDIO上造成的串扰，验证方法是将板上的MDC信号线割开，利用飞线连接，这样可使得MDC和MDIO线的间距足够宽。

正常测试结果

MDC飞线测试结果

对比结果，MDC信号线飞线结果的振铃幅度有较大的减少，可以进一步确定是由于MDC与MDIO走线太近，MDC在MDIO线上造成了串扰，采用此方法需进行Gerber变更，将MDC和MDIO线的间距加大。

3.3 最终解决方案

总结：有三种方案都可以降低MDIO振铃到符合要求的范围内。

1、 采用在MDIO信号线上加对地电容，采用该方法需要改板增加对地电容。

2、 加大MDC线上的对地电容，该措施不需改板，也不用Gerber变更，考虑到MDC信号线到RTL8218B和RTL8231芯片端各有一个电容，所以两个电容都用47pF，总的MDC线上的对地电容不大于100pF，利用该方法整改测试已经通过，BUG已经关闭。

3、 将MDC和MDIO线的距离加大，该方法需要进行Gerber变更。

最终的解决方案采用方案2，加大MDC线上的对地电容。

4 今后设计考虑

前面验证了三种解决方案，要是将两种或者三种方法结合起来，效果会怎样呢？

MDC飞线+MDC对地电容4.7pF

MDC飞线+MDC对地电容100pF

MDC飞线+MDC对地电容100pF+MDIO对地电容82pF

从测试的结果看，两种或者三种措施结合起来的效果比单纯的一种的改善效果要好，所以在今后的设计中要注意以下几点：

1、 MDIO信号线上要串接电阻，以及预留对地电容。

2、 MDC时钟线上也要串接电阻，以及预留对地电容。

3、 MDC和MDIO的走线间距不能太近，至少保证3W原则。