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导读
设备与电脑通信时，自适应速率千兆满载测试现异常。经多方面排查，因 TXD3 多种线路问题叠加致信号完整性受扰，通信失败，还介绍以太网常见故障及其他设计调试重点，经验方法值得借鉴。
以太网Link Down问题排查
这个问题的故障现象是：设备在与电脑通信，开启自适应，速率千兆时，设备端使用iperf进行1000Mbit/s满载测试，偶发的调试串口会出现Link down打印，通信数据大量丢包，然后会马上link up，有时Link up成千兆，通信会恢复正常；有时会Link up成百兆或者十兆，通信会中断，ping包不通。手动输入 ifconfig eth0 down，ifconfig eth0 up后恢复正常ping包。
排查过程：
1. 电脑往设备发满载测试，并不会出现Link down的问题。
2. 设备往电脑发，当只是发100Mbit，即10%的负载时，也不会出现Link Down的问题。200Mbit时小概率复现。
3. 强制成100M全双工时，双向发送满载测试，不会出现Link Down的问题。
4. 测量25M晶振实际频率为24.99984M，尝试过飞线更换成25M有源晶振，问题还在。
5. 测量PHY芯片输出给MAC的125M时钟测量为125M，波形正常。
6. PHY芯片的0V/2.5V/3.3V供电纹波正常，均小于20mV。
7. RGMII_TXD的4根数据线，分别测试使用0Ω、22Ω电阻串联，增加7K上拉，无改善。
8. 飞线带变压器的RJ45测试，或使用长度较短的CAT6网线，均无改善。
9. 把PHY芯片配置的RGMII发送和接收时钟的Clock Skew都设置为0，通过MAC去调整，测试满载也是会down。
10. 使用示波器探头去点RGMII TX的数据线时，PING包会断。放开探针就可以恢复。
11. 飞线把RGMII的IO电平改为1.8V，可以解决这个问题。
12. 不使用底板的3V，使用数字电源来供电3.3V给底板，问题还在。
13. 把TXCLK、TXD0~3、TX_EN这6根线，从连接器出来断开，到PHY芯片也断开，直接飞线，不使用底板的走线，验证是可以解决这个问题。
14. 把串联的电阻改为焊锡直连，问题还在。
15. 只断开TXD3这根，再飞线，可以解决这个问题。
TXD3这根线的左右两边分别是MDC和PWM信号，跟TXD3的中间距离最小为12mil，线粗为5mil（参见图1），不满足3W规则。尝试割断左右这两根线并焊接飞线，也可以解决这问题。
图1 RGMII_TXD3 PCB走线局部
16. 检查PCB走线，RGMII和LCD是复用管脚，在PCB走线的时候，会有一点分叉存在（最长分叉为2mm左右），参见图2。
图2 RGMII 底板PCB走线 TX和RX
17. RGMII TX组走线长度：3010mil~3224mil，RGMII RX组走线长度：2403mil~2571mil（参见图3），单端阻抗整板为50欧。从等长来看，TXD3跟其它发送的数据线并没有严格等长，根据手册要求，TXD0~TXD3是需要按60mil以内的等长的，且总长度应在3000mil以内。
图3 RGMII PCB 等长数据
经过以上的一系列调试分析可推知，由于TXD3没有做好等长，终端电阻没有摆放在靠近源端，TXD3旁边有时钟线干扰，走线有分叉且总长度太长，多种因素叠加在一起，导致以太网测试满载时会down。
此问题属于比较典型的信号完整性问题，数字电路中，电信号被规定为0和1两种电平，使得数字信号有极强的抗干扰能力，所以信号完整性问题往往不会很明显的暴露出来，也许单独有串扰或者有分叉都不会导致最终的通信失败，但多个问题叠加起来就导致电路的时序裕量被耗尽，进而通信失败。
其他容易忽视的问题
复位时间不够导致网卡工作异常、MDIO信号反射导致网络卡死以及以太网Link Down问题都是典型的以太网常见故障，其中调试过程的经验方法值得借鉴，还有一些其他需要重视和警惕的问题，设计和调试时应当做排查重点：
以太网PHY到变压器这段的驱动分为电流型和电压型，设计时需要查看手册，确定变压器这边的中间抽头是要拉高还是接地。
PHY的设备地址PHYADDR通过上下拉电阻来实现。PHYADDR往往和LED管脚复用，设计时要注意如果PHYADDR是上拉，则该管脚为低电平有效，应该接到LED的负极；如果PHYADDR是下拉，则该管脚为高电平有效，应该接到LED的正极。
RMII不像RGMII和MII有一个TXCLK一个RXCLK，取而代之的是一个50MHz的REFCLK，这个时钟设计是要注意核对主控端和PHY端各自是作为输入还是输出，是否可配置，有些厂家的是可以通过软件配置的，有些却是固定的，需要在设计前确定REFCLK的方向。
最佳的以太网电磁兼容拓扑应为：PHY芯片共模电感/磁珠TVS管网络变压器气体放电管/放电齿RJ45。容易被忽视的是以太网POE，当连接了支持POE的交换机，以太网的信号线上会有最高57V的电压，即使产品不需要POE功能，也要注意器件的耐压值。
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