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2024年3月14日发(作者：电脑强制关机快捷键)
2.5G以太网PHY中的同步技术
摘 要： 以太网电口PHY技术，从10M、100M和1000M，逐步发展到
2.5G、5G和10G， 在家庭网关、路由器、交换机、个人电脑和NAS等设备中，
2.5G以太网PHY已得到越来越多的应用。本文将介绍2.5G以太网PHY启动阶段
PMA中的同步技术，同步的作用、TX发送方向和RX接收方向同步的实现方法等。
关键词： 2.5G 以太网 PHY 同步 PMA
1 2.5G以太网PHY简介
2.5GBASE-T以太网PHY对应OSI参考模型中的物理层，工作速率是2.5Gbps，
使用CAT 5e网线，4对平衡双绞线传输达100米，即可以在不更换原网线的情况
下，将传输速率从原先的1000M提升到2.5G。可以将2.5GBASE-T以太网PHY分
为MDI、AN、PMA和PCS等层次，PCS层中使用PAM16调制和LDPC编码；与上层
MAC层使用XGMII接口对接，并对MAC层提供优于
45作为管理接口。
MDI负责与网线连接，主要为模拟部分，包含ADC、DAC、Hybrid和PLL等，
ADC实现线缆上模拟信号的过采样，DAC实现PMA层发送数字信号到模拟信号的
转换，PLL负责时钟的产生、校准、相位的调整和跟踪。
AN、PMA和PCS主要为数字部分，AN层负责自协商，通过发送和解析FLP脉
冲，完成主从、速率和双工等信息的协商；PMA层的主要功能是PHY的启动控制、
数字滤波、时钟恢复、符号判决、训练同步和信息交互等；PCS的主要功能是，
PAM16的映射和解映射，LDPC的编码和解码，XGMII的编码和解码、与
3.125Gbps的Serdes的对接等。
2 PMA的同步技术
2.5G以太网PHY启动阶段，在自协商完成后，一端的PHY工作在主Master
模式，另一端的PHY工作在从Slave模式。在PMA层次中，通过发送和解析特定
的BER；使用MDIO Clause
的PAM2序列，实现对接的两个PHY主端和从端的序列同步，ABCD 4个线对上的
符号同步，A线对上的帧同步，BCD三个线对与A线对间的延时计算，ABCD四个
线对的极性计算和CD线对的线缆交叉计算等。
根据是否能成功同步，更换并确定数字滤波相关的初始系数；在同步成功后，
可以根据本地的序列、各线对的延时、极性和交叉信息，产生出对端后续会发送
的数据，作为理想的判决数据输入，供数字滤波相关模块去更新收敛更优的系数。
根据帧同步的信息，可以从A线对上解析出信息交互帧的内容，实现对接的
两个2.5G PHY主端和从端启动阶段和Fast Retrain阶段的信息交互。
3 同步的实现
2.5G以太网PHY中的同步，主要通过同步主从两端的序列，获取
数据的帧头、4对线缆间的延时、各对线缆差分信号的极性反转情况、线对的交
叉情况和理想判决数据等信息，实现分为Tx发送方向和Rx接收方向。同步训练
的过程中，发送2电平的PAM2序列，只有+9和-9两种电平幅度的符号，每个线
对的符号速率为200M/s。
3.1发送方向
Tx发送方向，使用一个33Bit的循环移位寄存器
每个符号周期序列左移1Bit，并根据多项式产生一个新的
[1]
，产生主随机序列，
，主序列的多项式
如下：
=
=
四个线对符号的多项式如下：
=
=
=
=
其中A线对的符号，每256个符号取一次反，n = k x 256，k = 0, 1,
2, …，每16384个符号的最后128个符号，跟信息交换帧的128Bit信息做异或。
3.2 接收方向
Rx接收方向，接收并对端的发送序列，并通过训练同步对端发送序列的多项
式，通过相关的计算，完成线对同步、帧同步、极性的计算、交叉的计算、
Infofield的信息交互和延时的计算与补偿。A线对同步，A线对使用一个45Bit
的循环移位寄存器，收集45Bit的判决数据的符号位，每个周期序列左移1Bit，
多项式如下，其中
=
=
=
为A线对符号位：
=
每个时钟，使用如下的多项式计算校验结果，主从使用不同的多项式，每
个时钟比对和是否相等，并统计连续相等的个数，若连续相等的个数超过
门限，则认为A线对同步成功，多项式如下：
=
A线对同步中，收集45Bit并且将当前符号输入放在的位置，考虑了A
线对作为基准线对，可以领先BCD线对10个符号，也可以滞后BCD线对10个符
号，为延时补偿提供计算的基准序列。A线对的同步过程中，只有线缆差分信号
极性为正的情况下，才可以通过多项式同步上，若线缆差分信号的极性为负，则
同步不上，因此需要同时计算A线对
并判断A线对的极性。
帧同步，每个时钟都去比较
和作为输入的情况，产生同步序列,
和 A线对根据极性选择的符号位或，
由于Infofield帧的前32Bit的序列为固定序列32’h0000_A7BB，当连续32Bit
的与或一致，则认为帧同步成功，并继续解析剩余的
96Bit信息交互Infofield信息。
B线对同步，由于ABCD四线对并不是完全等长，BCD线对相对于A线对有可
能存在延时，需要分别计算B线对相对A线对的延时为[-10,-9,-8…0…8,9,10]
时的序列：
=
得到不同延时B线对可能出现的符号，并比对和，统计连续相等和连
续相反的个数，若某个延时连续相等的个数超过门限，则认为线对B极性正确，
同步成功；若连续相反的个数超过门限，则认为线对B极性翻转，同步成功。
CD线对的同步操作与B线对类似，使用如下的多项式：
=
=
因CD线对还会出现线缆交叉的情况，所以还需要同时计算并判断如下多项
式：
=
=
若C线对与D线对的多项式同步上，或者D线对与C线对的多项式
同步上，则认为CD线对使用的是交叉线缆。
线对BCD符号同步成功后，可以得到BCD线对相对A线对的延时信息、和
，ABCD线对的极性信息、CD线对交叉信息。可以综合这些信息，通过FIFO实
现ABCD四个线对的延时补偿，数据的反转和交叉处理，得到一组对齐的、极性
为正、并按ABCD排列的同步数据，在PAM16阶段发送给PCS，解PAM16映射和
LDPC解码。
结语
综上，本文介绍2.5G以太网PHY，启动阶段PMA中的同步技术，同步的作用、
TX发送方向和RX接收方向同步的实现方法等，与大家探讨交流，感谢。
参考文献
[1] LAN/MAN Standards Standard for Ethernet
802.3[S].IEEE,2018,Section 8:254-256
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