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wzjs 2025/9/10 8:10:51

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一、PHY的定义与核心功能

PHY（Physical Layer，物理层）是以太网协议栈中的最底层（OSI模型第1层），负责在物理介质（如电缆、光纤）上传输和接收原始比特流。它是连接数字信号（MAC层）与模拟信号（物理介质）的桥梁，确保数据在硬件层面的可靠传输。

1. PHY的核心功能

信号调制与编码：
- 将MAC层发送的数字信号转换为适合物理介质传输的模拟信号（如差分电压、光脉冲）。
- 常用编码方式：
  - 曼彻斯特编码（10BASE-T）
  - 4D-PAM5（100BASE-TX）
  - PAM4（25G/100G以太网）
时钟恢复与同步：
- 从接收信号中提取时钟信息，确保发送端与接收端时序一致。
链路检测与自协商：
- 通过**链路脉冲（Link Pulse）**检测物理连接状态。
- 支持Auto-Negotiation（自动协商），自动选择最佳速率（10/100/1000Mbps）和双工模式。
错误检测与校正：
- 使用前向纠错（FEC）技术（如RS-FEC），减少高速传输中的误码率。

2. PHY的组成模块

发送器（Transmitter）：将数字信号转换为物理介质支持的模拟信号。
接收器（Receiver）：将模拟信号还原为数字信号。
线路驱动器（Line Driver）：增强信号强度以克服传输损耗。
均衡器（Equalizer）：补偿信号在电缆中的高频衰减（如回波抵消）。

二、PHY的作用

1. 物理介质适配

双绞线（铜缆）：
- 处理差分信号（如1000BASE-T使用4对双绞线）。
- 支持PoE（以太网供电，IEEE 802.3af/at/bt），通过电缆传输电力（最高90W）。
光纤：
- 驱动激光器（发送端）或光电二极管（接收端），支持单模/多模光纤传输（如1000BASE-LX）。
背板以太网：
- 通过PCB走线传输高速信号（如40GBASE-KR4）。

2. 速率与双工模式控制

多速率支持：同一PHY芯片可兼容10M/100M/1G/10G等多种速率（如Marvell 88E1512）。
全双工/半双工切换：全双工模式下双向同时传输，半双工需通过CSMA/CD避免冲突。

3. 能效管理

EEE（Energy Efficient Ethernet）：在空闲时降低功耗（如低功耗空闲模式）。
自适应功耗调整：根据链路质量动态调节发射功率。

三、PHY的硬件应用

1. 网络接口卡（NIC）

独立PHY芯片：如Realtek RTL8211F，用于PC网卡或嵌入式设备。
集成PHY的SoC：如博通BCM5719（集成MAC+PHY），用于服务器网卡。

2. 交换机与路由器

多端口PHY：支持24/48端口的交换机芯片（如Broadcom BCM5396）。
高速PHY：用于100G/400G交换机（如Inphi 400G PAM4 PHY）。

3. 光纤模块（SFP+/QSFP28）

光模块PHY：将电信号转换为光信号（如Finisar FTLF1318P3BTL）。
铜缆模块：支持DAC（直连电缆）的高速PHY（如10G SFP+ DAC）。

4. 工业与车载网络

工业级PHY：支持宽温（-40°C~85°C）与抗干扰（如TI DP83822）。
车载以太网PHY：符合AEC-Q100标准，支持100BASE-T1（单对双绞线）。

四、PHY的协议与接口

1. 接口标准

MII（Media Independent Interface）：
- RMII（简化MII）：2位数据总线，50MHz时钟，用于100Mbps以太网。
- GMII：8位数据总线，125MHz时钟，支持1Gbps。
- SGMII：串行接口，支持1Gbps，减少引脚数量。
高速接口：
- XAUI（10Gbps）：4通道3.125Gbps差分信号。
- 25G/50G KR：基于背板的25G/50G以太网接口。