Bob Smith 終端処理によるイーサネット回路: 正しいのでしょうか？

私の会社が初めてEthernetに関連する仕事を受けた時から、私たちは常に情熱を持って「ボブ・スミス」を実践してきました。しかし、Signal Integrity JournalでEthernetのグラウンディングに関する記事を書くよう依頼されるまで、Ethernet回路におけるボブ・スミス終端について二度考えることはありませんでした。インターネットで調査を始めると、ボブ・スミス終端に対するいくつかの異論を見つけ始めました。これらの異論の中には純粋に概念的なものもあれば、データに裏付けられたものもありました。

これがこんなにも議論の的になっているとは驚きでした。多くの設計者がスミス氏が完全に間違っていると主張する一方で、スミス氏の方法に従い、問題を抱えたことがないという人もいます。では、どちらが正しいのでしょうか？これは、アプリケーションノートが悪い設計アドバイスを推進し、皆がそれに従うようなケースなのでしょうか、それとも文脈から外れた正当な設計指針なのでしょうか？

残念ながら、アプリケーションノートはボブ・スミス終端を説明することに関しては、もし試みたとしても、非常にひどい仕事をします。ボブ・スミスを推奨しないアプリケーションノートを私は見たことがありません。しかし、このブログで多くのシニアデザイナーが述べているように、アプリケーションノートは罰することなく信頼されるべきではありません。Ethernet回路におけるボブ・スミス終端の問題をもう少し詳しく見てみましょう。

Bob Smith終端とは何ですか？

Bob Smithによって最初に特許を取得したこの用語は、Ethernetルーティングで使用される共通モードチョークの中心タップの終端に対して抵抗器の特定のセットを提供することを指します。Ethernet PHYと離散磁気回路の間のルーティング時に、この終端方式は磁気回路で使用されるトランスフォーマーの中心タップを接地するために使用されます。この方式は、PHY側からコネクタ側への共通モードノイズが移行する可能性があるため、Ethernetルーティングで使用されます。

Bob Smith終端は、75オームの抵抗器4個（Rx用2個、Tx用2個）とキャパシタを使用して、システム内のグラウンドポイントへのインピーダンスマッチされたパスを提供します。どのアプリケーションノートを読むかによって、グラウンドポイントはシャーシグラウンドからアナロググラウンドまで異なる場合がありますが、これはグラウンディングと混合信号リターンパスの計画に関連する別の信号整合性の問題です。

下の画像は、100 Mbps Ethernetリンクのトランスフォーマーの中心タップにBob Smith終端が施された磁気回路を示しています。Bob Smith回路終端方式は赤で概説されています。C3は、システムの帯域幅に応じて、1 nFから4.7 nFの範囲です。

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上記の回路を見ると、センタータップをグラウンドに終端する必要性が、共通モードノイズの低減に理にかなっているように思えます。共通モード放射をある程度グラウンドに逸らすことで、システム全体の共通モード除去比（CMRR）を効果的に高めることができます。これは、グラウンドへの戻り損失が可能な限り低くなければならないことを意味します。ここで、ボブ・スミス回路終端に対する異議が出てきます。

ボブ・スミス終端への異議

52.3オーム対75オーム

私はジム・サターホワイトに会ったこともなければ、ボブ・スミスの業績を調べるまで彼の名前を聞いたこともありませんでした。ジムは、ボブ・スミスの回路終端方式が最適でないと主張し、異なる終端方式を使用すべきだと主張する著者として、おそらく最も引用されています。彼の記事はこちらで読むことができます。彼の解決策はシンプルです：75オームの抵抗器の代わりに52.3オームの抵抗器を使用することです。

非常に単純に言うと、Satterwhiteの異議は、Bob Smithの終端方式が最適であるためには、一般的なUTPケーブルの差動インピーダンスが145オームでなければならないということです。明らかにこれは、Ethernetケーブルで使用される100オームの差動インピーダンスよりもはるかに高い値です。Satterwhiteは、UTPケーブル内の単一の差動ペアと他の構成のインピーダンスを測定し、指定された特性と差動インピーダンスを取得しましたが、彼が何を測定していたのかを理解していなかったと思います。

Satterwhiteはその後、彼の方式と元のBob Smith回路終端方式のリターンロス値を比較し、彼の提案した方式がシステムグラウンドに入る共通モード電流に対して約10 dB少ないリターンロスを提供することを発見しました。これは明らかに改善であり、共通モードノイズが反射されることが少なく、このシステムのセクションおよびUTPケーブル自体からの共通モードEMIが少なくなると期待されます。次に何が起こるかは、このノイズのリターンパスをシステムグラウンド上のフェライトから遠ざけることに依存しており、これはSIコミュニティから自身の一連の異議を引き起こしています。

Bohnertの研究

オンラインのPCB設計フォーラムを読むと、他の設計者がRoyce Bohnertによる研究を引用しているのを見かけるでしょう。彼は、Bob Smith終端方式（75オームの抵抗）、Jim Satterwhiteの改良方式（52.3オームの抵抗）、そして終端を全く使用しない場合でも、返り損失の測定値に違いが見られなかったことを示しました。Bohnertのプレゼンテーションへの元のリンクは安全ではなくなりましたが、こちらから元のプレゼンテーションのPDFをダウンロードできます。

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誰が正しいのか？

反対意見があるにも関わらず、このトポロジーで終端ネットワークを使用しない理由は見当たりません。52.3オームを使用するか75オームを使用するかにかかわらずです。疑問がある場合は、チョークと提案された終端方法で簡単なシミュレーションを実行することが損ではありません。Satterwhiteの主張が正しく、終端ネットワークで52.3オームを使用した方が75オームを使用するよりも良い結果が得られるかもしれません。適切な設計ツールを使用すれば、特定のコンポーネントモデルでSPICEシミュレーションを回路図から直接実行し、どの終端ネットワークが自分に適しているかを判断できます。シミュレーションにキャパシタを含めることを忘れないでください！

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