Terminazione di Bob Smith per circuiti Ethernet: è corretta?

Dal momento in cui la mia azienda ha ricevuto il suo primo lavoro riguardante l'Ethernet, abbiamo sempre applicato il "Bob Smith" con entusiasmo. Non è stato fino a quando mi è stato chiesto di scrivere un articolo sulla messa a terra dell'Ethernet per Signal Integrity Journal che ho iniziato a riflettere seriamente sulla terminazione Bob Smith nei circuiti Ethernet. Mentre iniziavo a cercare su internet, ho iniziato a trovare alcune obiezioni alla terminazione Bob Smith. Alcune di queste obiezioni erano puramente concettuali, mentre altre erano supportate da dati.

Sono rimasto sorpreso nel vedere che questo argomento fosse così controverso; molti progettisti affermano che il signor Smith sia completamente in errore, mentre altri seguono sempre il signor Smith e non sembrano mai avere problemi. Quindi, chi ha ragione? È uno di quei casi in cui le note applicative promuovono cattivi consigli di progettazione e tutti li seguono, o si tratta di legittime indicazioni di progettazione che vengono interpretate fuori contesto?

Sfortunatamente, le note applicative fanno un lavoro orribilmente pessimo nel spiegare la terminazione Bob Smith, se tentano di spiegarla affatto. Non ho mai visto una nota applicativa che non avvalli Bob Smith. Ma come hanno affermato la maggior parte dei progettisti senior su questo blog, le note applicative non sono da fidarsi con impunità. Esaminiamo questa questione relativa alla terminazione Bob Smith nei circuiti Ethernet con più dettaglio.

Cos'è la Terminazione di Bob Smith?

Originariamente brevettata da Bob Smith, si riferisce a un certo insieme di resistori che fornisce la terminazione per il punto centrale di un induttore di modo comune utilizzato nel routing Ethernet. Quando si effettua il routing tra un PHY Ethernet e un circuito magnetico discreto, questo schema di terminazione viene utilizzato per collegare a terra i punti centrali dei trasformatori utilizzati nei circuiti magnetici. Si noti che questo viene utilizzato nel routing Ethernet per fornire uno scarico per il rumore di modo comune che può trasferirsi dalla parte PHY alla parte del connettore.

La terminazione di Bob Smith utilizza quattro resistori da 75 Ohm (2 per Rx, 2 per Tx) e un condensatore per fornire un percorso ad impedenza corrispondente verso un punto di terra nel sistema. A seconda di quale nota applicativa si legge, si troverà che il punto di terra varia da terra di chassis a terra analogico, sebbene questo sia un problema di integrità del segnale diverso che si riferisce alla messa a terra e alla pianificazione dei percorsi di ritorno di segnale misto.

L'immagine sottostante mostra un circuito magnetico con terminazione di Bob Smith sui punti centrali del trasformatore per un collegamento Ethernet da 100 Mbps. Lo schema di terminazione del circuito di Bob Smith è evidenziato in rosso. C3 varia da 1 nF a 4.7 nF, a seconda della larghezza di banda del sistema.

Se guardiamo il circuito sopra, la necessità di terminare il punto centrale a terra sembra avere senso per la riduzione del rumore in modo comune. Deviando alcune emissioni in modo comune a terra, hai effettivamente aumentato il rapporto di reiezione del modo comune (CMRR) del sistema. Questo significa che la perdita di ritorno verso terra dovrebbe essere il più bassa possibile. È qui che entrano in gioco le obiezioni alla terminazione del circuito di Bob Smith.

Obiezioni alla Terminazione di Bob Smith

52,3 Ohm vs 75 Ohm

Non ho mai incontrato Jim Satterwhite, né avevo mai sentito il suo nome prima di approfondire i successi di Bob Smith. Jim è probabilmente l'autore più citato nel sostenere che lo schema di terminazione del circuito di Bob Smith non sia ottimale e che dovrebbe essere utilizzato un diverso schema di terminazione. Puoi leggere il suo articolo sull'argomento qui. La sua soluzione è semplice: usare resistori da 52,3 Ohm invece di resistori da 75 Ohm.

Molto semplicemente, l'obiezione di Satterwhite è che lo schema di terminazione di Bob Smith sarebbe ottimale solo se l'impedenza differenziale di un tipico cavo UTP fosse di 145 Ohm. Ovviamente, questo valore è molto più alto rispetto all'impedenza differenziale di 100 Ohm utilizzata nei cavi Ethernet. Satterwhite ha misurato l'impedenza di una singola coppia differenziale in un cavo UTP rispetto ad altre configurazioni e ha recuperato le impedenze caratteristiche e differenziali specificate, anche se non penso che si sia reso conto di ciò che stava misurando.

Satterwhite ha poi confrontato i valori di perdita di ritorno per il suo schema e lo schema originale di terminazione del circuito di Bob Smith, e ha scoperto che il suo schema proposto fornisce ~10 dB in meno di perdita di ritorno per le correnti in modo comune che entrano nella massa del sistema. Questo è chiaramente un miglioramento; meno rumore in modo comune viene riflesso e ci aspetteremmo meno EMI in modo comune da questa sezione del sistema e da un cavo UTP stesso. Quello che succede dopo dipende dal mantenere il percorso di ritorno per questo rumore lontano dalle ferriti sopra la massa del sistema, il che ha sollevato un proprio insieme di obiezioni dalla comunità SI.

Lo Studio di Bohnert

Se leggi i forum online di progettazione PCB, vedrai altri progettisti citare uno studio di Royce Bohnert. Ha dimostrato che lo schema di terminazione di Bob Smith (resistori da 75 Ohm), lo schema modificato di Jim Satterwhite (resistori da 52,3 Ohm) e l'assenza di terminazione non sembravano produrre alcuna differenza nelle misurazioni della perdita di ritorno. Il link originale alla presentazione di Bohnert è diventato insicuro, ma puoi scaricare un PDF della presentazione originale da qui.

Chi ha Ragione?

Nonostante le obiezioni, non vedo una ragione per non utilizzare una rete di terminazione con questa topologia, indipendentemente dal fatto che si usino 52,3 Ohm o 75 Ohm. In caso di dubbio, non fa male eseguire una semplice simulazione con il tuo induttore e il metodo di terminazione proposto. Potresti scoprire che le affermazioni di Satterwhite sono corrette e che sei meglio a usare 52,3 Ohm invece di 75 Ohm nella tua rete di terminazione. Con gli strumenti di progettazione giusti, puoi eseguire simulazioni SPICE con modelli di componenti specifici direttamente dal tuo schema e determinare quale rete di terminazione è giusta per te. Non dimenticare di includere il condensatore nelle tue simulazioni!

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