Término de Bob Smith para Circuitos Ethernet: Está Correto?

Desde que minha empresa recebeu seu primeiro trabalho envolvendo Ethernet, sempre aplicamos a "Bob Smith" com entusiasmo. Não foi até que me pediram para escrever um artigo sobre aterramento Ethernet para o Signal Integrity Journal que eu realmente parei para pensar na terminação Bob Smith em circuitos Ethernet. À medida que comecei a pesquisar na internet, comecei a encontrar algumas objeções à terminação Bob Smith. Algumas dessas objeções eram puramente conceituais, enquanto outras eram respaldadas por dados.

Fiquei surpreso ao ver que isso era tão controverso; muitos designers afirmam que o Sr. Smith está completamente errado, enquanto outros sempre seguem o Sr. Smith e nunca parecem ter problemas. Então, quem está correto? Será este um daqueles casos em que as notas de aplicação promovem conselhos de design ruins e todos seguem adiante, ou é um guia de design legítimo que é tirado de contexto?

Infelizmente, as notas de aplicação fazem um trabalho terrivelmente horrível ao explicar a terminação Bob Smith, se é que tentam explicá-la. Nunca vi uma nota de aplicação que não defendesse Bob Smith. Mas, como a maioria dos designers seniores afirmou neste blog, as notas de aplicação não devem ser confiadas impunemente. Vamos olhar para esta questão em torno da terminação Bob Smith em circuitos Ethernet com mais detalhes.

O que é a Terminação de Bob Smith?

Originalmente patenteada por Bob Smith, refere-se a um conjunto específico de resistores que fornece terminação para o ponto central de um indutor de modo comum usado no roteamento Ethernet. Ao rotear entre um PHY Ethernet e circuitos magnéticos discretos, esse esquema de terminação é usado para aterrar os pontos centrais dos transformadores usados nos circuitos magnéticos. Note que isso é usado no roteamento Ethernet para fornecer um sumidouro para o ruído de modo comum que pode transferir do lado do PHY para o lado do conector.

A terminação de Bob Smith usa quatro resistores de 75 Ohms (2 para Rx, 2 para Tx) e um capacitor para fornecer um caminho com impedância correspondente de volta a um ponto de terra no sistema. Dependendo de qual nota de aplicação você ler, encontrará que o ponto de terra varia de terra do chassis a terra analógico, embora isso seja uma questão diferente de integridade de sinal que se relaciona com aterramento e planejamento de caminhos de retorno de sinal misto.

A imagem abaixo mostra um circuito magnético com terminação de Bob Smith nos pontos centrais do transformador para um link Ethernet de 100 Mbps. O esquema de terminação do circuito de Bob Smith é delineado em vermelho. C3 varia de 1 nF a 4.7 nF, dependendo da largura de banda do sistema.

Se olharmos para o circuito acima, a necessidade de terminar o ponto central no terra parece fazer sentido para a redução de ruído de modo comum. Ao desviar algumas emissões de modo comum para o terra, você efetivamente aumentou a razão de rejeição de modo comum (CMRR) do sistema. Isso significa que a perda de retorno para o terra deve ser a mais baixa possível. É aqui que surgem as objeções à terminação do circuito de Bob Smith.

Objecções à Terminação de Bob Smith

52,3 Ohms vs. 75 Ohms

Nunca conheci Jim Satterwhite, nem tinha ouvido falar dele antes de investigar as realizações de Bob Smith. Jim é provavelmente o autor mais citado ao afirmar que o esquema de terminação do circuito de Bob Smith não é ótimo, e que um esquema de terminação diferente deve ser usado. Você pode ler o artigo dele sobre o tópico aqui. Sua solução é simples: usar resistores de 52,3 Ohms em vez de resistores de 75 Ohms.

Muito simplesmente, a objeção de Satterwhite é que o esquema de terminação de Bob Smith só seria ótimo se a impedância diferencial de um cabo UTP típico fosse de 145 Ohms. Obviamente, isso é muito mais alto do que a impedância diferencial de 100 Ohms usada em cabos Ethernet. Satterwhite mediu a impedância de um par diferencial único em um cabo UTP versus outras configurações e recuperou as impedâncias característica e diferencial especificadas, embora eu não acredite que ele tenha percebido o que estava medindo.

Satterwhite então comparou os valores de perda de retorno para o seu esquema e o esquema original de terminação de circuito de Bob Smith, e ele descobriu que seu esquema proposto fornece ~10 dB menos perda de retorno para correntes de modo comum entrando no aterramento do sistema. Isso é claramente uma melhoria; menos ruído de modo comum é refletido e esperaríamos menos EMI de modo comum desta seção do sistema e de um cabo UTP em si. O que acontece a seguir depende de manter o caminho de retorno para esse ruído longe de ferrites acima do aterramento do sistema, o que gerou seu próprio conjunto de objeções da comunidade de SI.

Estudo de Bohnert

Se você ler os fóruns online de design de PCB, verá outros designers citando um estudo de Royce Bohnert. Ele mostrou que o esquema de terminação de Bob Smith (resistores de 75 Ohm), o esquema modificado de Jim Satterwhite (resistores de 52,3 Ohm) e a ausência total de terminação não pareciam produzir nenhuma diferença nas medições de perda de retorno. O link original para a apresentação de Bohnert tornou-se inseguro, mas você pode baixar um PDF da apresentação original aqui.

Quem Está Correto?

Apesar das objeções, não vejo razão para não usar uma rede de terminação com esta topologia, independentemente de se usar 52,3 Ohms ou 75 Ohms. Em caso de dúvida, não custa nada executar uma simulação simples com seu indutor e método de terminação proposto. Você pode descobrir que as afirmações de Satterwhite estão corretas e que você está melhor usando 52,3 Ohms em vez de 75 Ohms na sua rede de terminação. Com as ferramentas de design adequadas, você pode executar simulações SPICE com modelos de componentes específicos diretamente do seu esquemático e determinar qual rede de terminação é a mais adequada para você. Não se esqueça de incluir o capacitor nas suas simulações!

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