Physical Layer Interface (PHY)

Das Physical Layer Interface (PHY) ist eine kritische Komponente innerhalb eines Bus-Interface-Controllers, die für die Implementierung der untersten Schicht (Schicht 1) des OSI-Modells verantwortlich ist. Es verwaltet die direkte elektrische oder optische Verbindung zum Übertragungsmedium und führt wesentliche Funktionen wie Signalmodulation/-demodulation, Leitungskodierung, Taktsynchronisation, Signalverstärkung und elektrisch-optische Wandlung (oder umgekehrt) aus. Es dient als Brücke zwischen der digitalen Logik des Controllers und den analogen Eigenschaften des physischen Netzwerks oder Busmediums. Das PHY empfängt parallele digitale Daten von der Media Access Control (MAC)-Schicht des Controllers. Es serialisiert diese Daten, wendet die geeignete Leitungskodierung an (z. B. Manchester, 8B/10B, PAM4) und moduliert sie in elektrische oder optische Signale, die für die Übertragung über das spezifische Medium (z. B. Kupferkabel, Glasfaser) geeignet sind. Beim Empfang führt es den umgekehrten Prozess aus: Es gewinnt den Takt aus dem eingehenden Signal zurück, entzerrt das Signal, um Kanalverluste zu kompensieren, demoduliert es, dekodiert den Leitungscode und deserialisiert die Daten zurück in ein paralleles Format für die MAC-Schicht. Typische Parameter umfassen Datenraten von 10 bis 1000 Mbit/s (IEEE 802.3), Versorgungsspannung von 3,3 V ±5%, mit -40 bis 85 °C angegebener Betriebstemperaturbereich, der modellspezifisch bestätigt werden muss, ESD-Festigkeit von ±8 kV (IEC 61000-4-2), Eingangsimpedanz von 100 Ω ±10% für Twisted Pair, Ausgangsspannungshub von 1,0 bis 2,0 V (differenziell), Jitter von ≤0,3 UI (Spitze-Spitze), Leistungsaufnahme von 0,5 bis 2,5 W, Gehäusetyp QFN-48 (JEDEC MS-026) und Betriebsfeuchtigkeit von 10 bis 90% relative Luftfeuchtigkeit, nicht kondensierend (IEC 60068-2-78). Diese Werte sind Verzeichnisreferenzen und müssen für das spezifische Modell und die Anwendung bestätigt werden. Das PHY ist typischerweise in Keramik oder Kunststoff verpackt, mit Silizium für den integrierten Schaltkreis und Kupfer für Bonddrähte und Leiterbahnen. Es ist wichtig, modellspezifische Spezifikationen und Normen vor der Beschaffung oder dem Design mit dem rechtlichen Hersteller oder Lieferanten zu bestätigen.

Das PHY empfängt parallele digitale Daten von der Media Access Control (MAC)-Schicht des Controllers. Es serialisiert diese Daten, wendet die geeignete Leitungskodierung an (z. B. Manchester, 8B/10B, PAM4) und moduliert sie in elektrische oder optische Signale, die für die Übertragung über das spezifische Medium (z. B. Kupferkabel, Glasfaser) geeignet sind. Beim Empfang führt es den umgekehrten Prozess aus: Es gewinnt den Takt aus dem eingehenden Signal zurück, entzerrt das Signal, um Kanalverluste zu kompensieren, demoduliert es, dekodiert den Leitungscode und deserialisiert die Daten zurück in ein paralleles Format für die MAC-Schicht.