通过磁珠解决RGMII延时不够案例
本案例描述了一个由于cpu和phy之间rgmii时序不满要求导致通信异常问题，最后通过电感材料（磁珠）对信号相位的移位特性来改变信号延时，从而解决rgmii信号延时不够的案例，实验结果通过。
一、问题描述
某单板上某物理层芯片和cpu之间的接口，采用的是rgmii方式。在该单板调试过程中，发现物理层芯片发送给cpu的方向，数据一直不通。测量芯片输出的rgmii信号发现，芯片已经有发出时钟和数据信号，但是cpu接收端无法识别，在cpu的rgmii接收寄存器中，接收到的数据个数一个为0。
经实测信号分析，由于时序不满足要求，没法达到接收端建立时间要求导致该问题。如下对该问题进行分析和解决。
二、问题分析
在cpu接收端，rgmii的接收时序如下：
图1. rgmii接收端时序要求
从上面的时序要求看，在接收端，要求rgmii的时钟信号边沿比数据信号的边沿延迟最小1ns，典型的延迟时间是2ns。延迟2ns的时候，rgmii的时钟边沿正好在数据的中间。
还硬件方案中cpu端rgmii工作电压为2.5v，在物理层rgmii工作电压是3.3v。cpu和物理层芯片之间，通过转换芯片74avc164245进行电平转换。具体的连接图如下：
图2. 物理层端的rgmii原理图
图3. rgmii接口中的电平转换原理图
图4. cpu端的rgmiii原理图
在cpu接收端，测量接收到的rgmii时钟和数据，边沿是对齐的，建立时间不够不符合时序要求1ns的延时。在cpu的rgmii控制寄存器中，对时钟延迟时间进行设置，但依然不能达到要求。经与cpu厂家沟通以及实测，这个rgmii控制寄存器能调整的接收时钟延迟，最大只能到600ps。在发送端芯片内，无法对rgmii的发送时钟进行延时设置。
三、问题解决
为了验证该问题，首先做如下验证分析：
（1）为解决这个问题，考虑到增加走线长度，按照信号在pcb上的传输特性，1ns的延时，pcb内层走线的话，要绕5600mil，明显不现实。
（2）电平转换芯片74avc164245手册中输入输出信号的延时，在1ns到4ns之间。正好在单板上，74avc164245芯片有空余的pin还没有使用，通过飞线的方式，把rgmii的时钟，在转换芯片上，多绕了一次，测试发现，数据可以通了。通过示波器测量信号，发现此时时钟比数据，延迟了大概1.5ns，满足接收端的rgmii时序要求。用这个飞线的方式，做大流量跑流测试，丢包严重，性能不稳定。
通过以上验证分析，在不改板前提下两种方式都无法解决该问题。经分析和头脑风暴，考虑到电感对信号的延时的特性，尝试使用感性材料来实现时钟的延迟。从理论上看，串联在链路中的电感，可以使交流信号相位延迟90度，这里的rgmii信号，时钟是125mhz，延迟90度，正好就是2ns，符合rgmii的接收时序要求。
把物理层芯片的rgmii输出端的匹配电阻r26，换为100mhz@220欧的磁珠，测试发现数据可以正常通讯，在大流量，长时间的拷机过程中，未出现丢包的情况。测量磁珠前后的时钟波形，发现时钟结果磁珠后，延时大概1.6ns。更换100mhz@600欧姆的磁珠，时钟延时2ns，但磁珠交流阻值越大，对信号的衰减也越大。考虑到时钟衰减和和延迟的结合，使用100mhz@180欧的磁珠，测试发现时钟信号幅度满足要求，延时1.5ns，能满足要求。经过大流量测试，无丢包情况，通过实验。
四、问题总结
本案例利用一个“野路子”解决硬件调试中常见的问题，该解决思路拓宽了我们思维边界；同时也告诉我们当遇到问题时，坚持第一性原则，追本溯源到最底层最原始的物理原理去，定能柳暗花明又一村。
来源： 本文转载自硬件电子工程师 公众号
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经实测信号分析，由于时序不满足要求，没法达到接收端建立时间要求导致该问题。如下对该问题进行分析和解决。
二、问题分析
在cpu接收端，rgmii的接收时序如下：
图1. rgmii接收端时序要求
从上面的时序要求看，在接收端，要求rgmii的时钟信号边沿比数据信号的边沿延迟最小1ns，典型的延迟时间是2ns。延迟2ns的时候，rgmii的时钟边沿正好在数据的中间。
还硬件方案中cpu端rgmii工作电压为2.5v，在物理层rgmii工作电压是3.3v。cpu和物理层芯片之间，通过转换芯片74avc164245进行电平转换。具体的连接图如下：
图2. 物理层端的rgmii原理图
图3. rgmii接口中的电平转换原理图
图4. cpu端的rgmiii原理图
在cpu接收端，测量接收到的rgmii时钟和数据，边沿是对齐的，建立时间不够不符合时序要求1ns的延时。在cpu的rgmii控制寄存器中，对时钟延迟时间进行设置，但依然不能达到要求。经与cpu厂家沟通以及实测，这个rgmii控制寄存器能调整的接收时钟延迟，最大只能到600ps。在发送端芯片内，无法对rgmii的发送时钟进行延时设置。
三、问题解决
为了验证该问题，首先做如下验证分析：
（1）为解决这个问题，考虑到增加走线长度，按照信号在pcb上的传输特性，1ns的延时，pcb内层走线的话，要绕5600mil，明显不现实。
（2）电平转换芯片74avc164245手册中输入输出信号的延时，在1ns到4ns之间。正好在单板上，74avc164245芯片有空余的pin还没有使用，通过飞线的方式，把rgmii的时钟，在转换芯片上，多绕了一次，测试发现，数据可以通了。通过示波器测量信号，发现此时时钟比数据，延迟了大概1.5ns，满足接收端的rgmii时序要求。用这个飞线的方式，做大流量跑流测试，丢包严重，性能不稳定。
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四、问题总结
本案例利用一个“野路子”解决硬件调试中常见的问题，该解决思路拓宽了我们思维边界；同时也告诉我们当遇到问题时，坚持第一性原则，追本溯源到最底层最原始的物理原理去，定能柳暗花明又一村。
来源： 本文转载自硬件电子工程师 公众号
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