이더넷 물리계층에는 두 가지 주요 기능이 있습니다.
첫째, PHY의 디지털 영역은 필드 프로그래머블 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array, FPGA), 마이크로컨트롤러(MCU) 또는 중앙 처리 장치(Central Processing Unit, CPU)와 같은 장치의 매체 접근 제어(Media Access Control, MAC)에 직접 인터페이스 합니다. PHY는 다소 다양한 MII(Media Independent Interface, 매체 독립 인터페이스)를 사용할 수 있으며, 이는 송신과 수신 방향에 제어 및 클럭 라인이 있는 4비트 폭 데이터 버스입니다. MII는 MAC과 PHY의 속도에 따라 다양한 형태로 출시되며 핀 수도 다양합니다. 아래 표에 가장 일반적인 MII가 나와 있으며 선택 과정 중 고려해야 할 장단점에 대한 높은 수준의 요약을 제공합니다.
| 인터페이스 | 핀 (핀 수) | 지원 속도 (Mbps) | 장점 | 단점 |
|---|---|---|---|---|
| MII | RX_D[3:0], RX_CLK, RX_DV, CRS, COL, TX_D[3:0], TX_CLK, TX_EN (14) | 10, 100 | 공통 핀, 저속, 라우팅이 간단, 지연 시간(latency)이 가장 낮음 | 1Gbps 지원 안됨, 핀 수가 많음 |
| 감소된 MII (Reduce MII, RMII) | RX_D[1:0], CRS_DV, TX_D[1:0], TX_EN (6) | 10, 100 | 핀 수 감소 | (선입 선출로 인한) 확정적 지연 시간(deterministic latency) 부족, 1Gbps 지원 안됨 |
| 기가비트 MII (Gigabit MII, GMII) | RX_D[7:0], GRX_CLK, RX_CTRL, TX_D[7:0], GTX_CLK, TX_CTRL (20) | 10, 100, 1000 | 1Gbps 지원, 낮은 지연 시간 | 핀 수가 많음, 일반적으로 지원되지 않음 |
| 감소된 기가비트 MII (RGMII) | RX_D[3:0], RX_CLK, RX_CTRL, TX_D[3:0], TX_CLK, TX_CTRL (12) | 10, 100, 1000 | 1Gbps 지원, 공통 핀 | 라우팅이 어려움, EMC(electromagnetic compatibility, 전자기파 적합성) 성능이 나쁨 |
| 직렬 기가비트 MII (Serial Gigabit MII, SGMII) | SO_P, SO_M, SI_P, SI_M (4) | 10, 100, 1000 | 1Gbps 지원, 공통 핀, 우수한 EMC 성능, 라우팅이 쉬움 | 더 비싼 집적 회로 |
표 1: 핀 수와 지원 속도에 따라 나열된 일반적인 MII들
둘째, PHY는 물리적인 매체를 통해 하나의 장치(FPGA, MCU 또는 CPU)를 다른 장치로 연결하는 데 MDI(Medium Dependent Interface, 매체 의존 인터페이스)를 사용합니다. 이는 연속적 시변 신호(time-varying signal)이기 때문에 일반적으로 PHY의 아날로그 영역으로 불립니다.
MDI에 따른 응용 제품에 적합한 이더넷 PHY 선택하기
대부분의 PHY 규격서에는 다음의 사양과 기능이 명확하게 나와있습니다:
- 데이터 속도(10 Mbps, 100 Mbps, 1 Gbps)
- 지원 인터페이스(MII, RMII, GMII, RGMII, SGMII)
- 지원 매체(BASE-T, BASE-Te, BASE-TX, BASE-T1)
이 정보들을 염두에 두고, 리스트에 있는 데이터 속도를 시작으로 최종 응용 제품에 필요한 데이터 속도에 일치시킵니다. 다음으로, 응용 제품에서 일반적으로 사용할 표준을 결정합니다.
예를 들어, 가전 제품과 대부분의 산업용 응용 제품들은 PC가 지원하는 표준인 10BASE-Te, 100BASE-TX 및 1000BASE-T를 사용합니다. 응용 분야가 차량용이라면, BASE-T1을 지원하는 PHY가 가장 적합한 솔루션입니다. 그러나 차량용 온보드 진단기(onboard diagnostic, OBD) 포트는 예외로, PC 연결에 BASE-T 또는 BASE-TX 인터페이스를 일반적으로 사용합니다.
| MDI | IEEE 표준 (데이터 속도) | 대표적인 시스템 | 매체 | 장점 | 단점 |
|---|---|---|---|---|---|
| 10BASE-T/Te | IEEE802.3u (10 Mbps) | 산업용 조명 | CAT5 | 일반적으로 지원됨, 장거리, 낮은 대기 전력 | 저속 |
| 10BASE-T1L | IEEE802.3cg (10 Mbps) | 필드 송신기, 스위치, HVAC(공조 시스템) 제어기, 에스컬레이터 | 비차폐 트위스티드 페어(UTP), 차폐 트위스티드 페어(STP) | 초장거리, 싱글 페어를 통한 양방향 통신(bidirectional over single-pair), 데이터 라인을 통한 전력 전송(power coupled over the data) | 저속 |
| 100BASE-TX | IEEE802.3u (100 Mbps) | PLC, IP 카메라, OBD 포트 | CAT5 | 일반적으로 지원됨, 필드 버스에서 사용 | 높은 불요파 방사, 외부 부품 필요 |
| 100BASE-T1 | IEEE802.3bu (100 Mbps) | 차량용 디스플레이 클러스터, 헤드 유닛, 게이트웨이, 인포테인먼트, 항공 전자 기기 통신, 로봇 공학, 머신 비전 | UTP, STP | 낮은 불요파 방사, 높은 불요파 내성, 싱글 페어를 통한 양방향 통신 | 일반적이지 않음(PC 연결 지원 안됨), 짧은 케이블 거리 |
| 1000BASE-T | IEEE802.3ab (1 Gbps) | IP 카메라, 테스트 및 측정 | CAT6 | 1Gbps 속도 | 고가의 케이블 |
| 1000BASE-T1 | IEEE802.3bp (1 Gbps) | 텔레매틱스 컨트롤 유닛, 게이트웨이, 항공 전자 기기 통신, 로봇 공학, 머신 비전 | UTP, STP | 1Gbps 속도, 싱글 페어를 통한 양방향 통신 | 일반적이지 않음(PC 연결 지원 안됨), 짧은 케이블 거리 |
표 2: 일반적인 MDI와 이들이 일반적으로 발견되는 시스템에 대한 개략적 설명
대부분의 상용 및 산업용 PHY는 여러가지 데이터 속도를 지원합니다. 이런 PHY들은 자동 협상(auto-negotiation)이라 부르는 메커니즘을 포함하며, 이는 PHY가 가능한 가장 높은 속도로 연결될 수 있게 지원 하는 기능에 대한 정보를 바꾸는 방법입니다.