Терминирование Боба Смита для Ethernet-цепей: правильно ли это?

С тех пор, как моя компания получила свой первый заказ, связанный с Ethernet, мы всегда с энтузиазмом применяли метод "Боба Смита". Но только когда меня попросили написать статью о заземлении Ethernet для журнала Signal Integrity Journal, я задумался о терминировании по Бобу Смиту в схемах Ethernet. Начав искать информацию в интернете, я столкнулся с некоторыми возражениями против терминирования по Бобу Смиту. Некоторые из этих возражений были чисто концептуальными, в то время как другие подкреплялись данными.

Я был удивлен, увидев, что это вызывает столько споров; многие дизайнеры утверждают, что мистер Смит полностью неправ, в то время как другие всегда следуют его методам и, кажется, никогда не сталкиваются с проблемами. Так кто же прав? Это один из тех случаев, когда в заметках к применению распространяют плохие советы по дизайну и все следуют за ними, или это легитимное руководство по дизайну, которое вырвано из контекста?

К сожалению, заметки к применению делают ужасающе плохую работу по объяснению терминирования по Бобу Смиту, если вообще пытаются его объяснить. Я никогда не видел заметки к применению, которая бы не рекомендовала метод Боба Смита. Но, как заявляют большинство опытных дизайнеров на этом блоге, заметкам к применению доверять безоговорочно не стоит. Давайте подробнее рассмотрим этот вопрос о терминировании по Бобу Смиту в схемах Ethernet.

Что такое терминирование Боба Смита?

Изначально запатентованное Бобом Смитом, это относится к определенному набору резисторов, которые обеспечивают терминирование центрального отвода общего дросселя, используемого в маршрутизации Ethernet. При маршрутизации между Ethernet PHY и дискретной магнитной схемой, эта схема терминирования используется для заземления центральных отводов трансформаторов, используемых в магнитных цепях. Обратите внимание, что это используется в маршрутизации Ethernet для обеспечения стока для общего шума, который может передаваться с PHY стороны на сторону разъема.

Терминирование Боба Смита использует четыре 75-омных резистора (2 для Rx, 2 для Tx) и конденсатор для обеспечения согласованного по импедансу пути обратно к точке заземления в системе. В зависимости от того, какую примечание к применению вы читаете, вы найдете, что точка заземления варьируется от заземления шасси до аналогового заземления, хотя это другая проблема целостности сигнала, которая связана с заземлением и планированием смешанных сигнальных возвратных путей.

На изображении ниже показана магнитная схема с терминированием Боба Смита на центральных отводах трансформатора для 100 Мбит/с Ethernet-соединения. Схема терминирования цепи Боба Смита выделена красным. C3 варьируется от 1 нФ до 4.7 нФ в зависимости от полосы пропускания системы.

Если мы посмотрим на приведенную выше схему, потребность заземлить средний отвод кажется разумной для уменьшения общемодовых помех. Отводя часть общемодовых излучений на землю, вы фактически увеличиваете общий коэффициент подавления общемодовых помех (CMRR) системы. Это означает, что потери на возврат к земле должны быть как можно ниже. Вот где возникают возражения против схемы завершения цепи Боба Смита.

Возражения против завершения цепи Боба Смита

52,3 Ома против 75 Ом

Я никогда не встречал Джима Саттеруайта, да и имя его слышал до изучения достижений Боба Смита впервые. Вероятно, Джим является самым цитируемым автором, утверждающим, что схема завершения цепи Боба Смита не является оптимальной, и что следует использовать другую схему завершения. Вы можете прочитать его статью на эту тему здесь. Его решение просто: использовать резисторы на 52,3 Ома вместо 75 Ом резисторов.

Очень просто, возражение Саттервайта заключается в том, что схема завершения работы Боба Смита была бы оптимальной только в том случае, если бы дифференциальное сопротивление типичного кабеля UTP составляло 145 Ом. Очевидно, это значительно выше, чем дифференциальное сопротивление 100 Ом, используемое в кабелях Ethernet. Саттервайт измерил сопротивление одной дифференциальной пары в кабеле UTP по сравнению с другими конфигурациями и получил указанные характеристические и дифференциальные сопротивления, хотя я не думаю, что он осознавал, что именно измерял.

Затем Саттервайт сравнил значения потерь на возврате для своей схемы и оригинальной схемы завершения цепи Боба Смита, и он обнаружил, что его предложенная схема обеспечивает примерно на 10 дБ меньшие потери на возврате для общемодовых токов, входящих в системную землю. Это явно улучшение; меньше отражается общемодовых помех, и мы ожидаем меньше общемодовых ЭМП от этого участка системы и от самого кабеля UTP. Что произойдет дальше, зависит от сохранения пути возврата для этого шума вдали от ферритов над системной землей, что вызвало свой собственный набор возражений со стороны сообщества SI.

Исследование Бонерта

Если вы прочитаете форумы по дизайну печатных плат в интернете, вы увидите, что другие дизайнеры цитируют исследование Ройса Бонерта. Он показал, что схема завершения Боба Смита (резисторы 75 Ом), модифицированная схема Джима Саттервайта (резисторы 52,3 Ом) и отсутствие завершения вообще, по-видимому, не приводили к каким-либо различиям в измерениях потерь на возврате. Исходная ссылка на презентацию Бонерта стала ненадежной, но вы можете скачать PDF оригинальной презентации отсюда.

Кто прав?

Несмотря на возражения, я не вижу причин не использовать сеть завершения с этой топологией, независимо от того, используете ли вы 52,3 Ома или 75 Ом. В случае сомнений не помешает провести простую симуляцию с вашим дросселем и предложенным методом завершения. Вы можете обнаружить, что утверждения Саттервайта верны, и вам будет лучше использовать 52,3 Ома вместо 75 Ом в вашей сети завершения. С правильными инструментами проектирования вы можете проводить симуляции SPICE с конкретными моделями компонентов непосредственно из вашей схемы и определить, какая сеть завершения подходит для вас. Не забудьте включить конденсатор в ваши симуляции!

Независимо от того, планируете ли вы использовать терминацию цепи Боба Смита или другой метод, инструменты для проектирования схем и размещения печатных плат в Altium Designer® предоставляют вам все необходимое для создания передовой электроники. Вы получите полный набор функций, которые делают маршрутизацию высокоскоростных схем с контролируемым импедансом легкой задачей.

Altium Designer на Altium 365® обеспечивает беспрецедентный уровень интеграции для индустрии электроники, который до сих пор был ограничен миром разработки программного обеспечения, позволяя дизайнерам работать из дома и достигать беспрецедентных уровней эффективности.

Мы только начали раскрывать возможности использования Altium Designer на Altium 365. Вы можете посетить страницу продукта для более подробного описания функций или один из вебинаров по запросу.