打开任何一块以太网板的原理图,第一个要拍的问题永远是:接口用什么?RJ45、SFP、QSFP,还是车载的 T1?这个选择没有"以后再说"——它直接决定 PCB 尺寸、连接器、变压器/光模块成本,甚至整机结构。这篇把常用接口捋一遍,按电口、光口、板级、车载工业四类放,最后附一张选型速查表。
一、双绞线电口:RJ45 和它的兄弟们
RJ45:江湖地位无可替代
RJ45(正式名称 8P8C 模块化连接器)是以太网的"标准脸"。10BASE-T、100BASE-TX、1000BASE-T,到 2.5G/5G/10GBASE-T,全都用它。
8 根针脚其实是 4 对差分线:
| 线对 | 针脚 | T568B 颜色 | 谁在用 |
|---|---|---|---|
| Pair 1 | 4/5 | 蓝 | 1000BASE-T |
| Pair 2 | 1/2 | 橙 | 10/100M 与 PoE |
| Pair 3 | 3/6 | 绿 | 10/100M 与 PoE |
| Pair 4 | 7/8 | 棕 | 1000BASE-T |
- 10BASE-T / 100BASE-TX 只用 Pair 2 和 Pair 3——所以百兆设备其实两对线就能带
- 1000BASE-T 四对全上,每对双向 250Mbps
- 2.5G/5G/10G 继续压榨这四对,10GBASE-T 每对要跑 2.5Gbps,对线缆的要求陡增
两个容易忘的概念:
- MDI / MDI-X:PC 网口是 MDI(直通),交换机口是 MDI-X(内部交叉),同种设备对接才需要交叉线。现在都有 Auto MDI-X,自动翻转,直通线通吃
- 网口≠速率:同样一个 RJ45,配 Cat5e 还是 Cat6A,撑起来的速率完全不同
线缆等级:100m 是天花板,速率是变量
| 标准 | 线缆要求 | 100m 满速? |
|---|---|---|
| 1000BASE-T | Cat5e | 可以 |
| 2.5GBASE-T | Cat5e | 可以 |
| 5GBASE-T | Cat6(Cat5e 需缩短) | Cat6 可以 |
| 10GBASE-T | Cat6A(Cat6 约 55m) | Cat6A 可以 |
"以太网一百米"这句话,只对千兆及以下的 Cat5e 成立。10G 上 Cat6,距离缩水近一半——机房布线时别拍脑袋。
M12:振动环境里的 RJ45
工业现场、轨交、工程机械上,RJ45 的卡扣扛不住长期振动,于是有了 M12(螺纹锁紧):
- D 型编码:百兆(100BASE-TX),老工业以太网主力
- X 型编码:千兆到万兆(1000BASE-T ~ 10GBASE-T),带宽是 D 型的十倍
选型口诀看速率:百兆选 D,千兆/万兆选 X。
二、光纤接口:SFP 家和 QSFP 家
电口到了 25G/100G 这个量级,铜开始力不从心,主角换成光模块。光模块本身是"可插拔的盒子",盒子是什么形状,决定了交换机面板长什么样。
单通道形态:SFP / SFP+ / SFP28
| 形态 | 速率 | 光接头 |
|---|---|---|
| SFP | 100M / 1G | LC |
| SFP+ | 10G | LC |
| SFP28 | 25G | LC |
LC 接头小巧,收发各一根,是 SFP 光口的标配。同一尺寸里速率翻了上百倍——靠的是 Serdes 从电到光的演进。
波长决定距离:
- 850nm 多模(SR):OM3 约 300m,OM4 约 400m,机房内主力
- 1310nm 单模(LR):10km 级,楼到楼
- 1550nm 单模(ER/ZR):40km 以上,城域长距
100BASE-FX 是老一辈光纤接口,1310nm 多模 2km,SC/ST 接头,现在只在存量老设备上见到了。
并行形态:QSFP 家族
40G 往上,单通道跑不动了,就多通道并行:
| 形态 | 速率 | 通道数 | 备注 |
|---|---|---|---|
| QSFP+ | 40G | 4×10G | 已大量存量 |
| QSFP28 | 100G | 4×25G | 云数据中心主力 |
| QSFP56 | 200G | 4×50G | 过渡形态 |
| QSFP-DD | 400G/800G | 8×50G / 8×100G | 双密度,向下兼容 QSFP28 |
光口侧相应地从 LC 换成 MPO(一芯多纤,一次插 8/12/16 芯)——并行通道多了,一根根插 LC 不现实。
不发光的高速铜:DAC / AEC
机柜内短距离(服务器到 Leaf 交换机),还有一类"假光模块"——里面没有激光器,就是一根高质量铜缆:
- DAC(直连铜缆):无源,SFP+ DAC / QSFP28 DAC,功耗几乎为零,距离一般几米
- AEC(有源电缆):内部带 Retimer/Redriver,距离更长、信号余量更好
省钱、省电、省延迟,唯独不长距离。现在 AI 集群内部短连大量用 ACC/AEC,也是这个逻辑。
补两个冷门考点:XFP 是 10G 时代的另一种形态,比 SFP+ 大一圈,新设计基本绝迹;OSFP 与 QSFP-DD 同代竞争 400G/800G,目前 QSFP-DD 生态更胜一筹。
三、板级接口:芯片之间的"暗号"
前面都是面板上看得见的。板子内部 MAC 与 PHY、MAC 与光模块之间,还有一批接口——这才是原理图里天天见的。
MAC ↔ PHY
| 接口 | 位宽/时钟 | 速率 | 特点 |
|---|---|---|---|
| MII | 4-bit @ 25MHz | 100M | 上古接口,线多 |
| RMII | 2-bit @ 50MHz | 100M | 精简版,省针脚 |
| RGMII | 4-bit DDR @ 125MHz | 1000M | 千兆标配,注意时序 |
| SGMII | Serdes 1.25G | 1000M | 一对差分线搞定 |
| QSGMII | Serdes 1.25G ×4 | 1000M×4 | 一颗 PHY 带四个口 |
| USXGMII | Serdes | 最高 10G | 多千兆新宠 |
几条实战经验:
- RGMII 的延时坑:4-bit DDR 在 125MHz 上跑,时序余量小,走线要严控等长;很多设计靠 RGMII-ID(PHY 内部加延时)来救
- SGMII 省针脚:一对差分线代替 RGMII 的十几根,过连接器、走长距离时优势巨大,代价是 PHY 要支持 Serdes
- USXGMII 是多千兆的答案:2.5G/5G 电口(802.3bz)起来后 RGMII 撑不住,USXGMII 一条 Serdes 通道全解决
MAC ↔ 光模块
- SFI / XFI:10G Serdes 接口,分别是 SFP+ / XFP 模块与 MAC 之间的标准握手,64B/66B 编码
- 1000BASE-X:千兆光纤的 Serdes 模式,8B/10B 编码,不少 PHY 直接支持这个模式对接 SFP 光口
- XAUI / XLAUI / CAUI:10G/40G/100G 时代的并行电接口家族,用多条 Serdes 通道拼出宽位宽,QSFP 模块和交换芯片之间常见
四、车载与工业以太网:一对线的世界
车载以太网把"线"这件事做到了极致:一对双绞线跑千兆。
| 标准 | 速率 | 调制 | 距离 |
|---|---|---|---|
| 100BASE-T1(802.3bw) | 100M | PAM3 | ~15m |
| 1000BASE-T1(802.3bp) | 1G | PAM3 | ~15m |
| 10GBASE-T1(802.3cy) | 10G | PAM4 | ~15m |
要点:
- 单对双绞线:比 RJ45 少 3 对线,省铜省重,车规连接器(MATEnet、H-MTD)替代 RJ45
- 全双工、点到点:没有共享总线概念,每段就是一条独立链路——所以自协商在车里一样要老老实实做
- 多千兆版本(2.5G/5G/10G,802.3ch)也已进入标准,车载骨干带宽还在往上走
五、选型速查表
| 速率 | 首选接口 | 介质 | 典型距离 | 典型场景 |
|---|---|---|---|---|
| 10M/100M | RJ45 | Cat5 | 100m | 老设备、工控 |
| 1G | RJ45 / SFP | Cat5e / 光纤 LC | 100m / 300m~10km | 办公、接入 |
| 2.5G/5G | RJ45 / SFP | Cat6 / 光纤 LC | 100m / 300m | Wi-Fi7 AP、NAS |
| 10G | SFP+ / RJ45 | 光纤 LC / Cat6A | 300m~10km / 100m | 汇聚、服务器 |
| 25G | SFP28 | 光纤 LC | 100m~10km | 云服务器 |
| 40G/100G | QSFP+ / QSFP28 | MPO / DAC | 100m / 几米 | 数据中心 |
| 400G/800G | QSFP-DD / OSFP | MPO | 100m | AI 集群 |
| 100M/1G 车载 | T1(非 RJ45) | 单对双绞线 | ~15m | 车内网络 |
六、结语
接口这东西,手册里永远只占一页,但它决定了板子的骨架。我的经验:先定速率和距离,反推介质和接口形态,最后才比价格——顺序反了,返工成本是数量级差异。
你们板子上最常见的是哪种组合?评论区聊聊。