第二章：以太网物理层标准概述 — 从10M到10G
做PHY寄存器配置，首先要摸清楚对面站的是什么“人”。不同速率，物理层标准天差地别。我刚开始入行那会儿，直接把10G的配置套到100M上，结果眼图一塌糊涂。后来才知道——底层编码都不一样，寄存器设置自然八竿子打不着。
今天我们就捋一遍主流的以太网物理层标准。从老祖宗10M走到今天常用的10G，看看每代标准“硬”在哪里，哪些参数会在寄存器层影响眼图。
2.1 为什么速率不同，物理层差异这么大？
说穿了，速率提高意味着信号频率变高、传输距离变短、对噪声更敏感。10M跑100米，10G可能只跑30米。你想想看，一个连续串的比特流，频率翻了1000倍，码间串扰、回波损耗、抖动都会成倍放大。
所以不同速率不光换了跑得快的马，连骑马的方法（编码方式、线路码型、信号幅度、预加重/均衡策略）都改了。寄存器配置里那些TX Amplitude、Pre-emphasis、Squelch Threshold，说白了都是为这些底层差异服务的。
2.2 各代标准速览
| 速率 | 标准名称 | 线路编码 | 传输介质 | 最高距离（非屏蔽双绞线） | 信号频率 |
|---|---|---|---|---|---|
| 10M | 10BASE-T | 曼彻斯特编码 | Cat3/Cat5 | 100m | 10MHz |
| 100M | 100BASE-TX | 4B/5B + MLT-3 | Cat5 | 100m | 125MHz |
| 1G | 1000BASE-T | 4D-PAM5 | Cat5e | 100m | 125MHz（4对线同时传输） |
| 2.5G | 2.5GBASE-T | PAM4（NBASE-T联盟） | Cat5e | 100m | 200MHz |
| 5G | 5GBASE-T | PAM4 | Cat5e/Cat6 | 100m | 400MHz |
| 10G | 10GBASE-T | PAM4 + LDPC | Cat6a/Cat7 | 30m（Cat6a可达100m） | 800MHz |
这张表是基础。我记得第一次调试10GBASE-T时候，发现眼图张不开，翻手册才知道LDPC纠错码开启需要单独的寄存器bit。那个坑踩得我记忆犹新。
2.3 从编码看寄存器差异
编码方式直接影响物理层发射波形。10M的曼彻斯特编码，每个bit中间有电平跳变，自带时钟同步。但到了100M，改用4B/5B+MLT-3，信号上升沿变缓，EMI小一些。1G直接上了PAM5——5种电平，一个符号携带2.322个bit。再往上，2.5G/5G/10G全部用PAM4（4种电平），配合DSP做信道补偿。
所以你看寄存器里的TX PAM Mode，大部分PHY芯片会自动协商后选择。但如果你强制锁定某个速率，就要手动把PAM Level写对。我见过有人强制1000BASE-T却把PHY配成了MLT-3模式，结果发出去的信号全是乱码。
2.4 眼图关键指标的代际演化
从10M到10G，眼图最直观的变化就是“睁眼”压力越来越大。我自己总结过几个关键点：
- 抖动（Jitter）： 10M时基本不用管，10G时板上1英寸走线都可能带来不可接受的抖动量。寄存器里的
TX Jitter Attenuation、RX Clock Recovery BW必须结合参考时钟质量调。 - 信号幅度： 100M一般用±1V差分，1G开始降到±0.5V，10G只有±0.3V。因为频率高了，大幅度的信号容易产生EMI和反射。
TX Amplitude Register最好先按芯片推荐的默认值，再根据眼图微调。 - 预加重/去加重： 从1G开始引入，10G几乎是必备。我以前调一块10G PHY，默认预加重设为-3dB，眼图幅度够但抖动大；改成-5dB后眼图干净很多。
- 均衡： 100M的均衡很初级，10G的DFE（判决反馈均衡器）有几十个抽头。寄存器里每个抽头的权重都能单独写，调起来很费劲，但调好了眼图提升明显。
2.5 各速率下常见的眼图坑点
拿我实际踩过的坑说说：
- 10M/100M： 问题多出在电缆接触不良。寄存器里查Link Status一直跳动，先别急着调眼图，换根跳线试试。
- 1G： 1000BASE-T用4对线同时传，一对线断了其他三对还能传部分数据？实际是：一对线断直接导致Link Down。我曾遇到一个产品，靠寄存器
Pair Skew调整对间时间差恢复了眼图。 - 2.5G/5G： 很多老款PHY不支持这些速率，强制开的话需要写
ANEG Advertisement Register把对应速率bit加进去。我调过一次某台湾产PHY，手册没写清楚，结果无法进行2.5G自适应。 - 10G： 主要外因是通道损耗。30米Cat6a电缆在800MHz下的插损可能超过20dB。寄存器里需要开
Long Reach Mode或者调高EQ Boost。但注意增压不能过大，否则会饱和产生误码。
RX Boost从15dB回到10dB，眼图立刻张开。所以，不是增益越大越好！
2.6 知识体系图：以太网物理层标准演进
下面这张图把6个速率的核心特征串了起来。我设计成从左到右的演进路径，可以看到编码、PAM阶数、DSP复杂度都在变。
这张图里我特意把PAM阶数和DSP复杂度列了两行。你仔细看：1G用的是PAM5（5级电平），比PAM4多一级，但速率只有1G。这是因为PAM5每个符号携带的bit数更多，但抗噪性差，后来PAM4配合更强的DSP反而更适合高速。
2.7 寄存器配置怎么选？
好了，知道了标准差异，配置时心里就有数了。
- 自动协商： 绝大多数场景直接开ANEG。PHY内部会根据对端能力和线缆质量选最佳速率。相关的寄存器是
Control Register (CR)的bit.12（Auto Negotiation Enable）。 - 强制速率： 调试阶段或某些工业应用需要锁死速率。关掉ANEG，写
Speed Select字段（bit.13和bit.6）。注意：强制后物理层编码方式也会相应切换，不用手动改。 - Advertised Capability： 如果你的产品只支持某些速率（比如只做2.5G/5G），需要把
AN Advertised Register里不支持的速率清除掉，否则自动协商时会尝试连接不存在的速率，延迟好几分钟。
嗯，第二章就到这。这些内容是把寄存器配置和眼图调试串起来的知识地基。后面我们会具体讲每个速率的寄存器映射，那时候你就会发现——原来很多寄存器的默认值就是为这个标准量身定做的。