Physical Interface (PHY)

Die Physical Interface (PHY) ist eine kritische Komponente in einem Kommunikationsmodul, die für die physikalische Schicht (Schicht 1) des OSI-Modells verantwortlich ist. Sie verwaltet die direkte elektrische oder optische Verbindung zum Netzwerkmedium und führt wesentliche Funktionen wie Signalmodulation/-demodulation, Leitungscodierung, Synchronisation und Fehlererkennung auf Bitebene aus. Sie dient als Brücke zwischen den digitalen Daten der Media Access Control (MAC)-Schicht und den analogen Signalen, die über Kabel, Glasfaser oder drahtlose Kanäle übertragen werden.

In einer typischen Ethernet-Anwendung empfängt die PHY digitale Datenrahmen von der MAC-Schicht über eine standardisierte Schnittstelle wie RGMII. Sie codiert diese Daten dann in ein Format, das für die Übertragung über das spezifische physische Medium geeignet ist, und wendet Leitungscodierung oder Modulationsschemata wie Manchester-Codierung oder QAM an. Für Kupfermedien wandelt sie die digitalen Signale in analoge elektrische Signale um; für Glasfaser moduliert sie Licht. Beim Empfang gewinnt die PHY das Taktsignal aus der ankommenden analogen Wellenform, demoduliert/dekodiert es zurück in einen digitalen Bitstrom und leitet es an die MAC-Schicht weiter.

Wichtige Parameter für die Auswahl umfassen Datenrate (10/100/1000 Mbit/s gemäß IEEE 802.3), Versorgungsspannung (3,3 V ±5%), Betriebstemperaturbereich (-40 bis 85 °C), Leistungsaufnahme (0,5–1,5 W), Gehäusetyp (QFN-48), Schnittstelle (RGMII), Kabellänge (max. 100 m für Cat5e/6), ESD-Schutz (±8 kV Kontaktentladung gemäß IEC 61000-4-2), Betriebsfeuchtigkeit (10–90 % relative Luftfeuchtigkeit, nicht kondensierend) und Jitter (±0,02 UI Spitze-Spitze bei 1 Gbit/s). Diese Werte sind typische Referenzbereiche und müssen für das spezifische Modell und die Anwendung verifiziert werden.

Bei der Auswahl einer PHY berücksichtigen Sie die erforderliche Datenrate, den Medientyp (Kupfer oder Glasfaser), die Schnittstellenkompatibilität mit der MAC und die Umgebungsbedingungen. Verifizieren Sie die Einhaltung relevanter Normen wie IEEE 802.3 und IEC 61000-4-2 mit dem rechtlichen Hersteller oder Lieferanten. Wartungssignale umfassen Verbindungsverlust, übermäßige Bitfehlerrate oder Temperaturwarnungen. Fehlergrenzen umfassen Schäden durch ESD über die angegebenen Grenzen hinaus, Betrieb außerhalb der Temperatur-/Feuchtigkeitsbereiche oder Überschreitung der Kabellängenspezifikationen.

Die PHY empfängt digitale Datenrahmen von der MAC-Schicht über eine Schnittstelle wie RGMII. Sie codiert die Daten unter Verwendung von Leitungscodierung oder Modulation, die für das Medium geeignet ist (z. B. Manchester, QAM). Für Kupfer wandelt sie digitale Signale in analoge elektrische Signale um; für Glasfaser moduliert sie Licht. Beim Empfang gewinnt sie das Taktsignal aus der ankommenden analogen Wellenform, demoduliert/dekodiert das Signal zurück in digitale Bits und leitet sie an die MAC-Schicht weiter.