CN106487520A - 一种车载以太网电路板 - Google Patents

Abstract

一种车载以太网电路板，涉及汽车电子技术领域，所解决的是抗干扰的技术问题。该电路板包括PCB基板，及安装在PCB基板上的以太网驱动模块、以太网连接件；所述PCB基板上印制有连接以太网驱动模块、以太网连接件的差分线、回流线，并且差分线、回流线布设在非相邻层上，差分线上设有第一共模电感、第二共模电感、第一静电抑制二极管、第二静电抑制二极管、第一滤波电容、第二滤波电容、第三滤波电容、第四滤波电容、第一滤波电阻、第二滤波电阻、第三滤波电阻、第四滤波电阻。本发明提供的电路板，抗干扰能力强。

Description

一种车载以太网电路板

技术领域

本发明涉及汽车电子技术，特别是涉及一种车载以太网电路板的技术。

背景技术

随着驾驶辅助系统越来越普遍以及信息娱乐系统日趋复杂化，车载网络的带宽需求也越来越大，因此车载以太网技术有逐渐代替CAN的趋势。

车载以太网可以显著降低系统复杂性、连接成本和布线重量，还方便将来向光纤标准扩展，但其频率高速率快，且大数据传输，对干扰比较敏感，信号质量要求比较高，但车上环境恶劣，其抗干扰性能需不断加强和改进才能达到要求，而利用布局布线优化来实现抗干扰性能的标准是不占器件空间且低成本的方式，也避免了使用器件对策时器件老化的风险，还避免了使用器件时对有用信号本身可能造成的伤害，具有高可靠性。

目前常用的车载以太网针对抗干扰性能的方案有以下几种：

1）在差分线上使用高精度电阻、电容、电感组成的滤波器来滤除线上的噪声干扰。但这个方法具有局限性，只能抑制有用信号频带以外的噪声，而无法抑制和信号同一频段的噪声干扰。

2）使用共模电感来抑制包括同频干扰频段内的共模噪声干扰。但共模电感也有局限性，它仅对平衡性的干扰有效，如果差分线两条线上的噪声大小不一致，或者到达共模电感的时间不一致，那共模电感抑制噪声的能力就会打上很大的折扣。

3）差分线需要等长，常用做法是要求芯片至接口的差分线总长等长。但总长等长具有局限性，实际上，这么做的结果是（共模电感等）滤波器之前的差分线是不等长的，导致共模噪声以不平衡的状态先后到达滤波器，做不到噪声同时抵消，引起抗干扰性能恶化。

4）以太网差分线的走线参数（比如在线宽、线-线距离、线-地距离），常用的做法是在100ohm的前提下利用SI9000仿真来得出一个统一值。但实际上，走线遇到滤波器后，阻抗发生突变了导致信号反射和叠加，从而导致了信号不稳定和抗干扰性能的恶化。

5）多层板中以太网差分线的参考层常用的是相邻的地层。但在保证100ohm阻抗的限制下走线只有4mils左右，这会因为制造误差造成的线宽细微变化而引起阻抗的大变化，从而引起信号质量和抗扰性能的恶化。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种差分阻抗的一致性和平衡性好，抗干扰能力强的车载以太网电路板。

为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种车载以太网电路板，包括PCB基板，及安装在PCB基板上的以太网驱动模块、以太网连接件；

所述PCB基板是多层板，PCB基板上印制有连接以太网驱动模块、以太网连接件的差分线、回流线；所述回流线是印制在PCB基板上的正电源线或接地线；

其特征在于：所述差分线、回流线布设在PCB基板的非相邻层上，差分线上设有第一共模电感、第二共模电感、第一静电抑制二极管、第二静电抑制二极管、第一滤波电容、第二滤波电容、第三滤波电容、第四滤波电容、第一滤波电阻、第二滤波电阻、第三滤波电阻、第四滤波电阻；

所述第一共模电感的第一个线圈的输入端经第二滤波电阻接到以太网驱动模块的差分信号正相输出端，并通过第二静电抑制二极管接到地；

所述第一共模电感的第一个线圈的输出端依次经第四滤波电容、第二共模电感的第一个线圈接到以太网连接件的差分信号正相输入端，并依次经第四滤波电阻、第二滤波电容接到地；

所述第一共模电感的第二个线圈的输入端经第一滤波电阻接到以太网驱动模块的差分信号反相输出端，并通过第一静电抑制二极管接到地；

所述第一共模电感的第二个线圈的输出端依次经第三滤波电容、第二共模电感的第二个线圈接到以太网连接件的差分信号反相输入端，并依次经第三滤波电阻、第一滤波电容接到地。

进一步的，设以太网驱动模块的差分信号正相输出端与以太网连接件的差分信号正相输入端之间的差分线的长度为d11，以太网驱动模块的差分信号反相输出端与以太网连接件的差分信号反相输入端之间的差分线的长度为d12，则有d11=d12。

进一步的，设第一共模电感的第一个线圈的输出端与第二共模电感的第一个线圈的输入端之间的差分线的长度为d21，第一共模电感的第二个线圈的输出端与第二共模电感的第二个线圈的输入端之间的差分线的长度为d22，则有d21=d22。

进一步的，设第二共模电感的第一个线圈的输出端与以太网连接件的差分信号正相输入端之间的差分线的长度为d31，第二共模电感的第二个线圈的输出端与以太网连接件的差分信号反相输入端之间的差分线的长度为d32，则有d31=d32。

进一步的，所述差分线与回流线之间相隔一层，差分线的线宽大于等于6.4mils。

进一步的，所述PCB基板上具有一个出口区域，该出口区域内包含有以太网连接件、第二共模电感及连接该两者的差分线，所述回流线与PCB基板的出口区域错开。

进一步的，所述第一滤波电阻、第二滤波电阻是相同的器件，所述第三滤波电阻、第四滤波电阻是相同的器件，所述第一滤波电容、第二滤波电容是相同的器件，所述第三滤波电容、第四滤波电容是相同的器件，所述第一静电抑制二极管、第二静电抑制二极管是相同的器件，所述第一共模电感、第二共模电感是相同的器件。

本发明提供的车载以太网电路板，将差分线、回流线布设在非相邻层，利用独特的布线方案隔离外部干扰及维持差分线阻抗稳定，并加强差分线的平衡性，具有差分阻抗的一致性和平衡性好，有效的降低了干扰噪声，增强了以太网抗干扰能力，高效低成本的解决了车载以太网抗干扰性能不足的问题。

附图说明

图1是本发明实施例的车载以太网电路板的电路图。

具体实施方式

以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围，本发明中的顿号均表示和的关系。

如图1所示，本发明实施例所提供的一种车载以太网电路板，包括PCB基板，及安装在PCB基板上的以太网驱动模块U1、以太网连接件U2；

所述PCB基板是多层板，PCB基板上印制有连接以太网驱动模块U1、以太网连接件U2的差分线、回流线；所述回流线是印制在PCB基板上的正电源线或接地线；

其特征在于：所述差分线、回流线布设在PCB基板的非相邻层上，差分线上设有第一共模电感L1、第二共模电感L2、第一静电抑制二极管D1、第二静电抑制二极管D2、第一滤波电容C1、第二滤波电容C2、第三滤波电容C3、第四滤波电容C4、第一滤波电阻R1、第二滤波电阻R2、第三滤波电阻R3、第四滤波电阻R4；

所述第一共模电感L1的第一个线圈的输入端经第二滤波电阻R2接到以太网驱动模块U1的差分信号正相输出端，并通过第二静电抑制二极管D2接到地；

所述第一共模电感L1的第一个线圈的输出端依次经第四滤波电容C4、第二共模电感L2的第一个线圈接到以太网连接件U2的差分信号正相输入端，并依次经第四滤波电阻R4、第二滤波电容C2接到地；

所述第一共模电感L1的第二个线圈的输入端经第一滤波电阻R1接到以太网驱动模块U1的差分信号反相输出端，并通过第一静电抑制二极管D1接到地；

所述第一共模电感L1的第二个线圈的输出端依次经第三滤波电容C3、第二共模电感L2的第二个线圈接到以太网连接件U2的差分信号反相输入端，并依次经第三滤波电阻R3、第一滤波电容C1接到地；

设以太网驱动模块U1的差分信号正相输出端与以太网连接件U2的差分信号正相输入端之间的差分线的长度为d11，以太网驱动模块U1的差分信号反相输出端与以太网连接件U2的差分信号反相输入端之间的差分线的长度为d12，则有d11=d12；

设第一共模电感L1的第一个线圈的输出端与第二共模电感L2的第一个线圈的输入端之间的差分线的长度为d21，第一共模电感L1的第二个线圈的输出端与第二共模电感L2的第二个线圈的输入端之间的差分线的长度为d22，则有d21=d22；

设第二共模电感L2的第一个线圈的输出端与以太网连接件U2的差分信号正相输入端之间的差分线的长度为d31，第二共模电感L2的第二个线圈的输出端与以太网连接件U2的差分信号反相输入端之间的差分线的长度为d32，则有d31=d32。

本发明实施例中，d11与d12的误差控制在±5mils以内，d21与d22的误差控制在±5mils以内，d31与d32的误差控制在±5mils以内，这样就能使得来自外部网线并顺着以太网接口进入主板的干扰噪声能同时到达滤波器，同时受到滤波器的抑制从而被抵消掉，以改善共模抑制能力，提升抗干扰性能。

本发明实施例中，所述差分线与回流线之间相隔一层，其中的差分线布设在PCB基板的第一层，回流线布设在PCB基板的第三层，差分线的线宽大于等于6.4mils，本发明其它实施例中，差分线与回流线之间相隔一层以上。

本发明实施例中，所述PCB基板上具有一个出口区域，该出口区域内包含有以太网连接件U2、第二共模电感L2及连接该两者的差分线，所述回流线与PCB基板的出口区域错开（本例的做法是在该出口区域内除了差分线外其余所有铜皮挖空，差分线两线之间互为回流载体），由于出口区域是外界干扰通过线束进来的路径，这一区域会流过很大的噪声电流，回流线与出口区域错开，可以保证噪声电流无法流经差分线下方的地，从而消除了下方和两侧地上噪声的耦合；并且做到两线互为回流，加强了差分线之间的耦合，提升了两线间的平衡性，大大提升了抗扰能力；并且还减小connector PIN对铜皮寄生电容引起的残桩效应，提升差分线平衡性和信号质量。

本发明实施例中，所述第一滤波电阻R1、第二滤波电阻R2是相同的器件，所述第三滤波电阻R3、第四滤波电阻R4是相同的器件，所述第一滤波电容C1、第二滤波电容C2是相同的器件，所述第三滤波电容C3、第四滤波电容C4是相同的器件，所述第一静电抑制二极管D1、第二静电抑制二极管D2是相同的器件，所述第一共模电感L1、第二共模电感L2是相同的器件。

本发明实施例的工作原理如下：

高速信号在传输时，信号的流向是从以太网驱动模块起沿着差分线到达以太网连接件U2，再从以太网连接件起沿着回流线返回以太网驱动模块，由于铜箔也存在分布电感、电容和电阻，在高频信号下，回流线也是存在阻抗的，这个阻抗随着频率的增加急剧增大，路径越长阻抗越大，将差分线、回流线布设在PCB基板的非相邻层上，可以加大以太网差分线与其回流线之间的间距，使得差分线可以设计的相对较粗，能减缓阻抗变化，而传统以太网电路板的差分线与其回流线都设置在相邻层，则差分线的线宽只有大概4mils左右；这么细的走线已接近制造精度极限，阻抗会因为线宽的制造偏差导致阻抗变化很大，加粗线宽后，同样偏差导致的阻抗变化就会小很多。

差分线等长传统做法是芯片至接口的差分线总长等长。但总长等长具有局限性，实际上，这么做的结果是（共模电感等）滤波器之前的差分线是不等长的，导致共模噪声以不平衡的状态先后到达滤波器，做不到噪声同时抵消，引起抗干扰性能恶化，实施分段等长后，做到接插件至滤波器件之间的长度等长，使得噪声同时达到滤波器件同时被抑制，从而加强差分线本体的平衡性，提升差分线的共模抑制比。

高速系统中，接口区域是外界干扰通过线束进来的路径，这一区域会流过很大的噪声电流，这些噪声电流会干扰接口区域的走线造成系统不稳定。将出口区域的铜皮挖空，可以保证噪声电流无法流经差分线下方的地，从而消除了下方和两侧地上噪声的耦合；并且做到两线互为回流，加强了差分线之间的耦合，提升了两线间的平衡性，大大提升了抗扰能力；并且还减小接插件 PIN对铜皮寄生电容引起的残桩效应，提升差分线平衡性和信号质量。

Claims (7)

1.一种车载以太网电路板，包括PCB基板，及安装在PCB基板上的以太网驱动模块、以太网连接件；

所述PCB基板是多层板，PCB基板上印制有连接以太网驱动模块、以太网连接件的差分线、回流线；所述回流线是印制在PCB基板上的正电源线或接地线；

其特征在于：所述差分线、回流线布设在PCB基板的非相邻层上，差分线上设有第一共模电感、第二共模电感、第一静电抑制二极管、第二静电抑制二极管、第一滤波电容、第二滤波电容、第三滤波电容、第四滤波电容、第一滤波电阻、第二滤波电阻、第三滤波电阻、第四滤波电阻；

所述第一共模电感的第一个线圈的输入端经第二滤波电阻接到以太网驱动模块的差分信号正相输出端，并通过第二静电抑制二极管接到地；

所述第一共模电感的第一个线圈的输出端依次经第四滤波电容、第二共模电感的第一个线圈接到以太网连接件的差分信号正相输入端，并依次经第四滤波电阻、第二滤波电容接到地；

所述第一共模电感的第二个线圈的输入端经第一滤波电阻接到以太网驱动模块的差分信号反相输出端，并通过第一静电抑制二极管接到地；

所述第一共模电感的第二个线圈的输出端依次经第三滤波电容、第二共模电感的第二个线圈接到以太网连接件的差分信号反相输入端，并依次经第三滤波电阻、第一滤波电容接到地。

2.根据权利要求1所述的车载以太网电路板，其特征在于：设以太网驱动模块的差分信号正相输出端与以太网连接件的差分信号正相输入端之间的差分线的长度为d11，以太网驱动模块的差分信号反相输出端与以太网连接件的差分信号反相输入端之间的差分线的长度为d12，则有d11=d12。

3.根据权利要求1所述的车载以太网电路板，其特征在于：设第一共模电感的第一个线圈的输出端与第二共模电感的第一个线圈的输入端之间的差分线的长度为d21，第一共模电感的第二个线圈的输出端与第二共模电感的第二个线圈的输入端之间的差分线的长度为d22，则有d21=d22。

4.根据权利要求1所述的车载以太网电路板，其特征在于：设第二共模电感的第一个线圈的输出端与以太网连接件的差分信号正相输入端之间的差分线的长度为d31，第二共模电感的第二个线圈的输出端与以太网连接件的差分信号反相输入端之间的差分线的长度为d32，则有d31=d32。

5.根据权利要求1所述的车载以太网电路板，其特征在于：所述差分线与回流线之间相隔一层，差分线的线宽大于等于6.4mils。

6.根据权利要求1所述的车载以太网电路板，其特征在于：所述PCB基板上具有一个出口区域，该出口区域内包含有以太网连接件、第二共模电感及连接该两者的差分线，所述回流线与PCB基板的出口区域错开。

7.根据权利要求1所述的车载以太网电路板，其特征在于：所述第一滤波电阻、第二滤波电阻是相同的器件，所述第三滤波电阻、第四滤波电阻是相同的器件，所述第一滤波电容、第二滤波电容是相同的器件，所述第三滤波电容、第四滤波电容是相同的器件，所述第一静电抑制二极管、第二静电抑制二极管是相同的器件，所述第一共模电感、第二共模电感是相同的器件。