Terminaison Bob Smith pour les circuits Ethernet : est-ce correct ?

Dès que mon entreprise a reçu son premier travail impliquant l'Ethernet, nous avons toujours appliqué la méthode "Bob Smith" avec enthousiasme. Ce n'est que lorsque l'on m'a demandé d'écrire un article sur la mise à la terre Ethernet pour le Signal Integrity Journal que j'ai commencé à réfléchir à deux fois à la terminaison Bob Smith dans les circuits Ethernet. En commençant mes recherches sur internet, j'ai trouvé certaines objections à la terminaison Bob Smith. Certaines de ces objections étaient purement conceptuelles, tandis que d'autres étaient étayées par des données.

J'ai été surpris de voir que cela était si controversé ; de nombreux concepteurs affirment que M. Smith a tout faux, tandis que d'autres suivent toujours M. Smith et ne semblent jamais avoir de problèmes. Alors, qui a raison ? Est-ce l'un de ces cas où les notes d'application propagent de mauvais conseils de conception et tout le monde suit, ou s'agit-il de conseils de conception légitimes qui sont sortis de leur contexte ?

Malheureusement, les notes d'application font un travail horriblement mauvais pour expliquer la terminaison Bob Smith, si tant est qu'elles essaient de l'expliquer. Je n'ai jamais vu de note d'application qui ne préconise pas Bob Smith. Mais comme la plupart des concepteurs seniors l'ont déclaré sur ce blog, les notes d'application ne sont pas à suivre avec impunité. Examinons cette question autour de la terminaison Bob Smith dans les circuits Ethernet plus en détail.

Qu'est-ce que la terminaison Bob Smith ?

Initialement brevetée par Bob Smith, cela fait référence à un ensemble spécifique de résistances qui assurent la terminaison pour le point central d'une bobine d'arrêt en mode commun utilisée dans le routage Ethernet. Lors du routage entre un PHY Ethernet et un circuit magnétique discret, ce schéma de terminaison est utilisé pour connecter à la terre les points centraux des transformateurs utilisés dans les circuits magnétiques. Notez que cela est utilisé dans le routage Ethernet pour fournir un puits pour le bruit en mode commun qui peut se transférer du côté PHY au côté connecteur.

La terminaison Bob Smith utilise quatre résistances de 75 Ohms (2 pour Rx, 2 pour Tx) et un condensateur pour fournir un chemin à impédance adaptée de retour à un point de terre dans le système. Selon la note d'application que vous lisez, vous trouverez que le point de terre varie du sol du châssis au sol analogique, bien que cela soit une question différente d'intégrité du signal qui se rapporte à la mise à la terre et à la planification des chemins de retour de signal mixte.

L'image ci-dessous montre un circuit magnétique avec une terminaison Bob Smith sur les points centraux du transformateur pour un lien Ethernet de 100 Mbps. Le schéma de terminaison du circuit Bob Smith est souligné en rouge. C3 varie de 1 nF à 4.7 nF, selon la bande passante du système.

Si nous examinons le circuit ci-dessus, le besoin de connecter le point central à la terre semble logique pour la réduction du bruit en mode commun. En déviant certaines émissions en mode commun vers la terre, vous avez effectivement augmenté le rapport de réjection en mode commun (CMRR) global du système. Cela signifie que la perte de retour vers la terre devrait être aussi faible que possible. C'est là que les objections à la terminaison du circuit de Bob Smith entrent en jeu.

Objections à la Terminaison de Bob Smith

52,3 Ohms contre 75 Ohms

Je n'ai jamais rencontré Jim Satterwhite, ni même entendu son nom avant de m'intéresser aux réalisations de Bob Smith. Jim est probablement l'auteur le plus cité pour affirmer que le schéma de terminaison du circuit de Bob Smith n'est pas optimal, et qu'un autre schéma de terminaison devrait être utilisé. Vous pouvez lire son article sur le sujet ici. Sa solution est simple : utiliser des résistances de 52,3 Ohms au lieu de résistances de 75 Ohms.

Très simplement, l'objection de Satterwhite est que le schéma de terminaison de Bob Smith ne serait optimal que si l'impédance différentielle d'un câble UTP typique était de 145 Ohms. Évidemment, cela est bien supérieur à l'impédance différentielle de 100 Ohms utilisée dans les câbles Ethernet. Satterwhite a mesuré l'impédance d'une paire différentielle unique dans un câble UTP par rapport à d'autres configurations et a récupéré les impédances caractéristique et différentielle spécifiées, bien que je ne pense pas qu'il ait réalisé ce qu'il mesurait.

Satterwhite a ensuite comparé les valeurs de perte de retour pour son schéma et le schéma de terminaison de circuit original de Bob Smith, et il a trouvé que son schéma proposé fournit environ 10 dB de perte de retour en moins pour les courants de mode commun entrant dans la masse du système. C'est clairement une amélioration ; moins de bruit de mode commun est réfléchi et nous nous attendrions à moins d'EMI de mode commun de cette section du système et d'un câble UTP lui-même. Ce qui se passe ensuite dépend du maintien du chemin de retour pour ce bruit loin des ferrites au-dessus de la masse du système, ce qui a soulevé son propre ensemble d'objections de la part de la communauté SI.

Étude de Bohnert

Si vous parcourez les forums en ligne sur la conception de PCB, vous verrez d'autres concepteurs citer une étude de Royce Bohnert. Il a démontré que le schéma de terminaison de Bob Smith (résistances de 75 Ohms), le schéma modifié de Jim Satterwhite (résistances de 52,3 Ohms) et l'absence de terminaison ne semblaient pas produire de différence dans les mesures de perte de retour. Le lien original vers la présentation de Bohnert est devenu non sécurisé, mais vous pouvez télécharger un PDF de la présentation originale ici.

Qui a raison ?

Malgré les objections, je ne vois pas de raison de ne pas utiliser un réseau de terminaison avec cette topologie, que ce soit avec 52,3 Ohms ou 75 Ohms. En cas de doute, cela ne fait pas de mal de lancer une simulation simple avec votre self et la méthode de terminaison proposée. Vous pourriez trouver que les affirmations de Satterwhite sont correctes et que vous êtes mieux avec 52,3 Ohms plutôt que 75 Ohms dans votre réseau de terminaison. Avec les bons outils de conception, vous pouvez exécuter des simulations SPICE avec des modèles de composants spécifiques directement à partir de votre schéma et déterminer quel réseau de terminaison vous convient. N'oubliez pas d'inclure le condensateur dans vos simulations !

Que vous envisagiez d'utiliser la terminaison de circuit de Bob Smith ou une autre méthode, les outils de conception schématique et de disposition de PCB dans Altium Designer vous offrent tout ce dont vous avez besoin pour créer des électroniques avancées. Vous disposerez d'un ensemble complet de fonctionnalités qui rendent la tâche de routage de conceptions à impédance contrôlée à haute vitesse facile.

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