이더넷 PHY의 기초와 제품 고르기
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이더넷 PHY의 기초와 제품 고르기
  • 텍사스인스트루먼트
  • 승인 2020.07.21 08:40
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이더넷 설계 간소화 1부

[테크월드=선연수 기자] 이더넷 물리층(PHY) 용어에 익숙하지 않은 이들에게는 100BASE-T1, 1000BASE-T, 100BASE-TX, 10BASE-T, 10BASE-Te와 같은 방식을 구분하는 것이 어려울 수 있다. 이 숫자와 약어들은 무엇을 의미할까?

 

MII(media independent interface)는 무엇이며, 자동차 PHY와 산업용 PHY는 어떻게 다를까? IP 카메라, 텔레매틱스 제어 유닛, 프로그래머블 로직 컨트롤러용 PHY는 어떻게 선택해야 할까? 모든 PHY가 다양한 필드 버스 요구를 충족할 수 있을까?

‘이더넷 설계 간소화’ 1부에서는 이더넷 PHY의 기초와 함께 최종 애플리케이션으로 적합한 PHY 선택 방법에 대해 설명한다.

 

이더넷 PHY란?

기본적인 이더넷 PHY는 단순하다. PHY 트랜시버(트랜스미터와 리시버)는 디바이스와 디바이스를 물리적으로 연결한다[그림 1]. 물리 연결을 위해 구리선(CAT5 케이블, 가정에서 사용되는 청색 패치 케이블 등)이나 광섬유 케이블을 사용할 수 있다.

 

[그림 1] 이더넷 시스템 다이어그램

인터넷은 대학교 간 데이터를 빠르고 신뢰성있게 전송하기 위해 개발된 네트워크이며, 이더넷 네트워킹도 여기에서 탄생했다. IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)가 새로운 속도(데이터 레이트), 물리 매체(케이블 소재), PHY 기능을 도입하고 확장함에 따라 이더넷은 컴퓨터 네트워킹뿐만 아니라 더 다양한 분야에 사용되고 있다.

 

이더넷 PHY의 기능

이더넷 PHY는 크게 2가지의 기능을 수행한다. 첫 번째는 PHY의 디지털 영역이 FPGA, MCU, CPU와 같은 MAC(Media Access Controller) 디바이스로 직접 인터페이스하는 것이다. PHY는 다양한 버전의 MII를 사용할 수 있는데, 이 인터페이스는 4비트 폭 데이터 버스로서 송신과 수신 방향으로의 제어 라인과 클록 라인을 포함한다. MII는 MAC과 PHY의 속도에 따라 다양한 형태와 다양한 핀 수로 사용된다. [표 1]은 주로 사용되는 MII와 장단점을 요약한 것이다.

두번째 기능은 PHY의 MDI(Medium Dependent Interface)가 물리 매체를 통해 디바이스(FPGA, MCU, CPU 등)와 디바이스를 연결하는 것이다. 이 부위는 PHY의 아날로그 영역이다.

 

[표 1] 주로 사용되는 MII의 핀 수와 지원 속도

 

MDI에 따른 이더넷 PHY 선택

PHY의 기능에 이어 시스템에 적합한 PHY를 선택하는 방법을 알아보자. 대부분의 IC 업체들은 PHY 제품에 대해 다음과 같은 사양과 기능을 표기한다.

- 데이터 레이트(10Mbps, 100Mbps, 1Gbps)

- 인터페이스 지원(MII, RMII, GMII, RGMII, SGMII)

- 매체 지원(BASE-T, BASE-Te, BASE-TX, BASE-T1)

먼저, 제품의 데이터 레이트가 최종 애플리케이션의 요구를 만족하는지 확인해야 한다. 이다음 애플리케이션으로 어떤 표준을 사용할지 결정한다. 예로, 2015년부터 자동차 이더넷이 빠르게 확장되고 있어, 반도체 업체들이 차량용 제품을 많이 출시하고 있다. BASE-T1과 BASE-T은 완전히 다르기에 매체 표준을 중요하게 고려해야 한다.

컨슈머 기기와 함께 대부분의 산업용 애플리케이션은 10BASE-Te, 100BASE-TX, 1000BASE-T를 사용한다. PC가 이 표준들을 지원하기 때문이다. 자동차 애플리케이션에는 BASE-T1을 지원하는 PHY가 적합하다. 다만, 자동차 온보드 진단(OBD) 포트는 예외로, BASE-T나 BASE-TX 인터페이스를 사용해 PC 연결을 지원한다. [표 2]는 주로 사용되는 MDI와 적용되는 시스템을 보여준다.

대부분의 상업용·산업용 PHY는 다중 데이터 레이트를 지원하며, 이는 자동 협상 기능을 포함한다. 이를 활용해 PHY가 지원하는 기능 정보를 교환하고 가장 빠른 속도의 연결을 구현할 수 있다.

 

[표 2] 주로 사용되는 MDI 비교

 

이더넷 PHY 선택 플로우차트

이더넷 PHY에 대한 기본적인 사항을 이해한 뒤, [그림 2]의 PHY 선택 플로우차트를 따라 디자인으로 적합한 TI의 디바이스를 간편하게 선택할 수 있다.

TI가 제공하는 이더넷 PHY 개요 페이지에서는 인더스트리 4.0를 지원하는 DP83826E 저지연 이더넷 PHY, 공간 제약적 자동차 애플리케이션을 지원하는 DP83TC811S-Q1 100BASE-T1 이더넷 PHY 등 플로우차트에 포함된 디바이스들을 더 자세히 확인할 수 있다.

 

[그림 2] TI 이더넷 PHY 선택 플로우차트

‘이더넷 설계 간소화’ 2부에서는 PHY 스키매틱 포착과 레이아웃 시의 잡음, 방사, 신호 손실 최소화를 위한 방법을 설명한다. 이번 글에서 등장한 이더넷 제품과 관련한 용어·약어는 풀이는 'www.ti.com/lit/an/snla264/snla264.pdf?ts=1594714987483'에서 확인할 수 있다.

 

글: 로스 피멘텔(Ross Pimentel)/ TI 차량용 및 산업용 이더넷 애플리케이션 매니저, 애니루다 카다이(Aniruddha Khadye)/ TI 이더넷 애플리케이션 및 시스템 매니저

자료제공: 텍사스인스트루먼트

 

- 이 글은 테크월드가 발행하는 월간 <EPNC 電子部品> 2020년 7월 호에 게재된 기사입니다.

 


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