Bob Smith Terminierung für Ethernet-Schaltungen: Ist sie korrekt?

Seitdem mein Unternehmen seinen ersten Auftrag im Bereich Ethernet erhalten hat, haben wir immer mit Begeisterung „Bob Smith“ angewendet. Erst als ich gebeten wurde, einen Artikel über Erdung bei Ethernet für das Signal Integrity Journal zu schreiben, habe ich der Bob Smith-Terminierung in Ethernet-Schaltungen ein zweites Mal Beachtung geschenkt. Als ich im Internet zu recherchieren begann, stieß ich auf einige Einwände gegen die Bob Smith-Terminierung. Einige dieser Einwände waren rein konzeptionell, während andere mit Daten untermauert wurden.

Ich war überrascht zu sehen, dass dies so kontrovers war; viele Designer behaupten, Herr Smith liege völlig falsch, während andere immer Herrn Smith folgen und nie Probleme zu haben scheinen. Also, wer hat Recht? Ist dies einer dieser Fälle, in denen Anwendungshinweise schlechte Designratschläge verbreiten und jeder folgt, oder handelt es sich um legitime Designrichtlinien, die aus dem Kontext gerissen werden?

Leider machen Anwendungshinweise einen katastrophal schlechten Job, wenn es darum geht, die Bob Smith-Terminierung zu erklären, falls sie überhaupt versuchen, sie zu erklären. Ich habe nie einen Anwendungshinweis gesehen, der nicht Bob Smith befürwortet. Aber wie die meisten erfahrenen Designer in diesem Blog gesagt haben, sind Anwendungshinweise nicht bedingungslos zu vertrauen. Lassen Sie uns dieses Problem um die Bob Smith-Terminierung in Ethernet-Schaltungen detaillierter betrachten.

Was ist Bob Smith Terminierung?

Ursprünglich von Bob Smith patentiert, bezieht sich dies auf eine bestimmte Reihe von Widerständen, die eine Terminierung für den Mittelabgriff einer gemeinsamen Drosselspule bieten, die bei der Ethernet-Verkabelung verwendet wird. Bei der Verkabelung zwischen einem Ethernet-PHY und diskreter Magnetikschaltung wird dieses Terminierungsschema verwendet, um die Mittelabgriffe der in den Magnetikschaltungen verwendeten Transformatoren zu erden. Beachten Sie, dass dies bei der Ethernet-Verkabelung verwendet wird, um eine Senke für gemeinsame Modusstörungen zu bieten, die von der PHY-Seite zur Steckerseite übertragen werden könnten.

Die Bob Smith Terminierung verwendet vier 75-Ohm-Widerstände (2 für Rx, 2 für Tx) und einen Kondensator, um einen impedanzabgestimmten Pfad zurück zu einem Erdungspunkt im System zu bieten. Je nachdem, welche Anwendungsnotiz Sie lesen, werden Sie feststellen, dass der Erdungspunkt von Chassis-Erde bis zu Analog-Erde reicht, obwohl dies ein anderes Signalintegritätsproblem ist, das sich auf Erdung und Planung gemischter Signalerdungspfade bezieht.

Das Bild unten zeigt einen Magnetikkreis mit Bob Smith Terminierung an den Mittelabgriffen des Transformators für einen 100-Mbps-Ethernet-Link. Das Bob Smith Schaltungsterminierungsschema ist in Rot umrissen. C3 reicht je nach Bandbreite des Systems von 1 nF bis 4,7 nF.

Wenn wir uns die obige Schaltung ansehen, scheint die Notwendigkeit, den Mittelabgriff zu erden, für die Reduzierung von Gleichtaktstörungen sinnvoll zu sein. Indem man einige Gleichtaktemissionen zur Erde ableitet, hat man effektiv das gesamte Gleichtaktunterdrückungsverhältnis (CMRR) des Systems erhöht. Das bedeutet, dass der Rückflussverlust zur Erde so niedrig wie möglich sein sollte. Hier kommen die Einwände gegen die Bob Smith Schaltungsendabschlüsse ins Spiel.

Einwände gegen Bob Smith Abschluss

52,3 Ohm vs. 75 Ohm

Ich habe Jim Satterwhite nie getroffen, noch hatte ich seinen Namen gehört, bevor ich mich mit den Errungenschaften von Bob Smith beschäftigte. Jim ist wahrscheinlich der am häufigsten zitierte Autor, der behauptet, dass das Abschlussschema der Bob Smith Schaltung nicht optimal ist und dass ein anderes Abschlussschema verwendet werden sollte. Sie können seinen Artikel zu diesem Thema hier lesen. Seine Lösung ist einfach: Verwenden Sie 52,3 Ohm Widerstände anstelle von 75 Ohm Widerständen.

Sehr einfach ausgedrückt, besteht Satterwhites Einwand darin, dass Bob Smiths Abschlussschema nur dann optimal wäre, wenn die differentielle Impedanz eines typischen UTP-Kabels 145 Ohm betragen würde. Offensichtlich ist dies viel höher als die differentielle Impedanz von 100 Ohm, die bei Ethernet-Kabeln verwendet wird. Satterwhite hat die Impedanz eines einzelnen differentiellen Paares in einem UTP-Kabel im Vergleich zu anderen Konfigurationen gemessen und die spezifizierten charakteristischen und differentiellen Impedanzen ermittelt, obwohl ich nicht glaube, dass ihm bewusst war, was er da gemessen hat.

Satterwhite verglich dann die Rückflussdämpfungswerte für sein Schema und das ursprüngliche Abschlussschema von Bob Smith und stellte fest, dass sein vorgeschlagenes Schema ~10 dB weniger Rückflussdämpfung für in das Systemerdung eintretende Gleichtaktströme bietet. Dies ist eindeutig eine Verbesserung; weniger Gleichtaktstörungen werden reflektiert und wir würden weniger Gleichtakt-EMI von diesem Abschnitt des Systems und von einem UTP-Kabel selbst erwarten. Was als Nächstes passiert, hängt davon ab, den Rückweg für dieses Rauschen von Ferriten über der Systemerdung fernzuhalten, was seine eigenen Einwände aus der SI-Gemeinschaft hervorgerufen hat.

Bohnerts Studie

Wenn Sie in Online-Foren zum PCB-Design lesen, werden Sie sehen, dass andere Designer eine Studie von Royce Bohnert zitieren. Er zeigte, dass das Bob Smith-Abschlussschema (75-Ohm-Widerstände), Jim Satterwhites modifiziertes Schema (52,3-Ohm-Widerstände) und gar kein Abschluss scheinbar keinen Unterschied in den Rückflussdämpfungsmessungen erzeugten. Der ursprüngliche Link zu Bohnerts Präsentation ist unsicher geworden, aber Sie können hier eine PDF der ursprünglichen Präsentation herunterladen.

Wer hat Recht?

Trotz der Einwände sehe ich keinen Grund, kein Abschlussnetzwerk mit dieser Topologie zu verwenden, unabhängig davon, ob es 52,3 Ohm oder 75 Ohm verwendet. Im Zweifelsfall schadet es nicht, eine einfache Simulation mit Ihrer Drossel und der vorgeschlagenen Abschlussmethode durchzuführen. Sie könnten feststellen, dass Satterwhites Behauptungen korrekt sind und Sie besser mit 52,3 Ohm statt 75 Ohm in Ihrem Abschlussnetzwerk aufgehoben sind. Mit den richtigen Design-Tools können Sie SPICE-Simulationen mit spezifischen Komponentenmodellen direkt aus Ihrem Schaltplan durchführen und bestimmen, welches Abschlussnetzwerk für Sie das richtige ist. Vergessen Sie nicht, den Kondensator in Ihren Simulationen einzubeziehen!

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