Od czasu, gdy moja firma otrzymała pierwsze zlecenie związane z Ethernetem, zawsze stosowaliśmy "Bob Smith" z zapałem. Nie zastanawiałem się nad zakończeniem Boba Smitha w obwodach Ethernetu, dopóki nie poproszono mnie o napisanie artykułu na temat uziemienia Ethernetu dla Signal Integrity Journal. Gdy zacząłem szukać informacji w internecie, natknąłem się na pewne zastrzeżenia do zakończenia Boba Smitha. Niektóre z tych zastrzeżeń były czysto koncepcyjne, inne zaś poparte danymi.
Byłem zaskoczony, że temat ten jest tak kontrowersyjny; wielu projektantów twierdzi, że pan Smith jest po prostu w błędzie, podczas gdy inni zawsze stosują metodę pana Smitha i nigdy nie mają problemów. Więc kto ma rację? Czy to jeden z tych przypadków, gdy notatki aplikacyjne promują złą radę projektową, za którą wszyscy podążają, czy to legitime wskazówki projektowe, które są wyjęte z kontekstu?
Niestety, notatki aplikacyjne robią wyjątkowo okropną robotę, wyjaśniając zakończenie Boba Smitha, jeśli w ogóle próbują to wyjaśnić. Nigdy nie widziałem notatki aplikacyjnej, która nie popierałaby Boba Smitha. Ale jak większość doświadczonych projektantów stwierdziła na tym blogu, notatkom aplikacyjnym nie można ufać bezkrytycznie. Przyjrzyjmy się bliżej tej kwestii dotyczącej zakończenia Boba Smitha w obwodach Ethernetu.
Początkowo opatentowane przez Boba Smitha, odnosi się to do pewnego zestawu rezystorów, które zapewniają zakończenie dla środkowego odczepu dławika trybu wspólnego, używanego w trasowaniu Ethernetu. Podczas trasowania między PHY Ethernetu a dyskretną aparaturą magnetyczną, ten schemat zakończenia jest używany do uziemienia środkowych odczepów transformatorów używanych w obwodach magnetycznych. Należy zauważyć, że jest to używane w trasowaniu Ethernetu, aby zapewnić odpływ dla szumów trybu wspólnego, które mogą przenosić się z strony PHY na stronę złącza.
Zakończenie Boba Smitha używa czterech rezystorów 75 Ohm (2 dla Rx, 2 dla Tx) oraz kondensatora, aby zapewnić ścieżkę o dopasowanej impedancji z powrotem do punktu uziemienia w systemie. W zależności od tego, którą notę aplikacyjną przeczytasz, znajdziesz, że punkt uziemienia waha się od uziemienia obudowy do uziemienia analogowego, chociaż jest to inna kwestia integralności sygnału, która odnosi się do uziemienia i planowania ścieżek powrotnych sygnałów mieszanych.
Poniższy obraz pokazuje obwód magnetyczny z zakończeniem Boba Smitha na środkowych odczepach transformatora dla łącza Ethernet 100 Mbps. Schemat zakończenia obwodu Boba Smitha jest zaznaczony na czerwono. C3 waha się od 1 nF do 4,7 nF, w zależności od pasma systemu.
Jeśli przyjrzymy się powyższemu obwodowi, potrzeba podłączenia środkowego odczepu do ziemi wydaje się mieć sens w kontekście redukcji zakłóceń wspólnych. Przekierowując część emisji wspólnych do ziemi, skutecznie zwiększasz ogólny stosunek odrzucenia zakłóceń wspólnych (CMRR) systemu. Oznacza to, że straty zwrotne do ziemi powinny być jak najniższe. Tutaj pojawiają się zastrzeżenia do zakończenia obwodu Boba Smitha.
Nigdy nie spotkałem się z Jimem Satterwhite'em, ani wcześniej nie słyszałem jego nazwiska, zanim zacząłem interesować się osiągnięciami Boba Smitha. Jim jest prawdopodobnie najczęściej cytowanym autorem twierdzącym, że schemat zakończenia obwodu Boba Smitha nie jest optymalny i że należy użyć innego schematu zakończenia. Możesz przeczytać jego artykuł na ten temat tutaj. Jego rozwiązanie jest proste: użyj rezystorów 52,3 oma zamiast 75 omów.
Bardzo prosto rzecz ujmując, zarzut Satterwhite'a polega na tym, że schemat zakończenia Boba Smitha byłby optymalny tylko wtedy, gdyby różnicowa impedancja typowego kabla UTP wynosiła 145 omów. Oczywiście jest to znacznie więcej niż różnicowa impedancja 100 omów używana w kablach Ethernet. Satterwhite zmierzył impedancję pojedynczej pary różnicowej w kablu UTP w porównaniu z innymi konfiguracjami i uzyskał określone charakterystyczne i różnicowe impedancje, chociaż nie sądzę, aby zdawał sobie sprawę z tego, co mierzył.
Satterwhite porównał następnie wartości strat zwrotnych dla swojego schematu i oryginalnego schematu zakończenia obwodu Boba Smitha i stwierdził, że jego proponowany schemat zapewnia ~10 dB mniejsze straty zwrotne dla prądów wspólnych wchodzących do uziemienia systemu. Jest to wyraźna poprawa; mniej szumów wspólnych jest odbijanych i spodziewalibyśmy się mniejszych zakłóceń elektromagnetycznych wspólnych dla tej części systemu oraz samego kabla UTP. To, co dzieje się dalej, zależy od utrzymania ścieżki zwrotnej dla tego szumu z dala od ferrytów powyżej uziemienia systemu, co wywołało własny zestaw zarzutów ze strony społeczności SI.
Jeśli przeczytasz fora internetowe poświęcone projektowaniu PCB, zobaczysz, że inni projektanci cytują badanie Royce'a Bohnerta. Wykazał on, że schemat zakończenia Boba Smitha (rezystory 75 omów), zmodyfikowany schemat Jima Satterwhite'a (rezystory 52,3 oma) oraz brak zakończenia w ogóle nie wydawały się powodować żadnej różnicy w pomiarach strat zwrotnych. Oryginalny link do prezentacji Bohnerta stał się niebezpieczny, ale możesz pobrać PDF oryginalnej prezentacji stąd.
Pomimo zastrzeżeń, nie widzę powodu, by nie używać sieci zakończeniowej z tą topologią, niezależnie od tego, czy używa się 52,3 oma czy 75 omów. W razie wątpliwości, nie zaszkodzi przeprowadzić prostą symulację z twoim dławikiem i proponowaną metodą zakończenia. Możesz odkryć, że twierdzenia Satterwhite'a są poprawne i lepiej jest używać 52,3 oma zamiast 75 omów w twojej sieci zakończeniowej. Dzięki odpowiednim narzędziom projektowym możesz przeprowadzać symulacje SPICE z konkretnymi modelami komponentów bezpośrednio ze swojego schematu i określić, która sieć zakończeniowa jest dla ciebie odpowiednia. Nie zapomnij dołączyć kondensatora do swoich symulacji!
Bez względu na to, czy planujesz użyć zakończenia obwodu Boba Smitha, czy innej metody, narzędzia do projektowania schematów i układów PCB w Altium Designer® zapewniają wszystko, co jest potrzebne do tworzenia zaawansowanych elektronik. Będziesz miał do dyspozycji kompletny zestaw funkcji, które ułatwiają trasowanie projektów z kontrolowaną impedancją wysokiej prędkości.
Altium Designer na Altium 365® dostarcza niespotykany dotąd poziom integracji dla branży elektronicznej, dotychczas zarezerwowany dla świata rozwoju oprogramowania, umożliwiając projektantom pracę z domu i osiąganie niespotykanych poziomów efektywności.
Dopiero zaczynamy odkrywać, co jest możliwe do zrobienia z Altium Designer na Altium 365. Możesz sprawdzić stronę produktu po bardziej szczegółowy opis funkcji lub jeden z Webinarów na Żądanie.