Kết thúc Mạch Ethernet của Bob Smith: Liệu có Đúng không?

Từ khi công ty tôi nhận được công việc đầu tiên liên quan đến Ethernet, chúng tôi luôn thực hiện "Bob Smith" với sự hứng thú. Mãi cho đến khi tôi được yêu cầu viết một bài báo về việc nối đất Ethernet cho Signal Integrity Journal, tôi mới thực sự quan tâm đến việc kết thúc Bob Smith trong mạch Ethernet. Khi tôi bắt đầu tìm hiểu trên internet, tôi bắt đầu tìm thấy một số ý kiến phản đối việc kết thúc Bob Smith. Một số ý kiến này hoàn toàn mang tính chất lý thuyết, trong khi những ý kiến khác được hỗ trợ bằng dữ liệu.

Tôi ngạc nhiên khi thấy rằng điều này lại gây tranh cãi đến vậy; nhiều nhà thiết kế tuyên bố ông Smith hoàn toàn sai, trong khi những người khác luôn tuân theo ông Smith và dường như không bao giờ gặp vấn đề. Vậy ai đúng? Đây có phải là một trong những trường hợp mà các ghi chú ứng dụng đẩy mạnh lời khuyên thiết kế xấu và mọi người đều theo sau, hay đây là hướng dẫn thiết kế hợp lệ bị lấy ra khỏi ngữ cảnh?

Thật không may, các ghi chú ứng dụng làm một công việc cực kỳ tồi tệ trong việc giải thích việc kết thúc Bob Smith, nếu chúng cố gắng giải thích nó chút nào. Tôi chưa bao giờ thấy một ghi chú ứng dụng nào không ủng hộ Bob Smith. Nhưng như hầu hết các nhà thiết kế cấp cao đã nói trên blog này, các ghi chú ứng dụng không được tin tưởng một cách mù quáng. Hãy xem xét vấn đề này xung quanh việc kết thúc Bob Smith trong mạch Ethernet một cách chi tiết hơn.

Bob Smith Termination là gì?

Được cấp bằng sáng chế ban đầu bởi Bob Smith, đây là một bộ các điện trở cung cấp sự kết thúc cho điểm giữa của cuộn cảm chế độ chung được sử dụng trong định tuyến Ethernet. Khi định tuyến giữa PHY Ethernet và mạch từ tính rời rạc, phương pháp kết thúc này được sử dụng để nối đất các điểm giữa của các biến áp được sử dụng trong mạch từ tính. Lưu ý rằng điều này được sử dụng trong định tuyến Ethernet để cung cấp một điểm thoát cho nhiễu chế độ chung có thể chuyển từ phía PHY sang phía kết nối.

Bob Smith termination sử dụng bốn điện trở 75 Ohm (2 cho Rx, 2 cho Tx) và một tụ điện để cung cấp một đường dẫn khớp trở kháng trở lại với một điểm nối đất trong hệ thống. Tùy thuộc vào ghi chú ứng dụng nào bạn đọc, bạn sẽ thấy rằng điểm nối đất dao động từ nối đất khung máy đến nối đất tương tự, mặc dù đây là một vấn đề tính toán tín hiệu khác liên quan đến nối đất và lập kế hoạch đường dẫn trở lại tín hiệu hỗn hợp.

Hình dưới đây cho thấy một mạch từ tính với Bob Smith termination trên các điểm giữa của biến áp cho một liên kết Ethernet 100 Mbps. Sơ đồ kết thúc mạch Bob Smith được đánh dấu bằng màu đỏ. C3 dao động từ 1 nF đến 4.7 nF, tùy thuộc vào băng thông của hệ thống.

Nếu chúng ta xem xét mạch ở trên, việc cần kết thúc điểm giữa với mặt đất có vẻ hợp lý để giảm tiếng ồn chế độ chung. Bằng cách chuyển một số phát xạ chế độ chung xuống mặt đất, bạn đã hiệu quả tăng tỷ lệ từ chối chế độ chung tổng thể (CMRR) của hệ thống. Điều này có nghĩa là tỷ lệ mất mát trở lại mặt đất nên thấp nhất có thể. Đây là nơi mà những phản đối về việc kết thúc mạch Bob Smith xuất hiện.

Phản đối về Kết thúc Mạch Bob Smith

52.3 Ohm so với 75 Ohm

Tôi chưa bao giờ gặp Jim Satterwhite, cũng như chưa từng nghe tên ông ấy trước khi tìm hiểu về những thành tựu của Bob Smith. Jim có lẽ là tác giả được trích dẫn nhiều nhất với tuyên bố rằng phương pháp kết thúc mạch Bob Smith không phải là tối ưu, và một phương pháp kết thúc khác nên được sử dụng. Bạn có thể đọc bài viết của ông ấy về chủ đề này tại đây. Giải pháp của ông ấy đơn giản: sử dụng các điện trở 52.3 Ohm thay vì các điện trở 75 Ohm.

Rất đơn giản, lý do phản đối của Satterwhite là phương án chấm dứt của Bob Smith chỉ sẽ tối ưu nếu trở kháng vi sai của một cáp UTP tiêu biểu là 145 Ohm. Rõ ràng, đây cao hơn nhiều so với trở kháng vi sai 100 Ohm được sử dụng trong cáp Ethernet. Satterwhite đã đo trở kháng của một cặp vi sai đơn trong cáp UTP so với các cấu hình khác và thu được trở kháng đặc trưng và vi sai đã chỉ định, mặc dù tôi không nghĩ anh ấy nhận ra mình đang đo cái gì.

Sau đó, Satterwhite so sánh giá trị tổn thất trở lại cho phương án của mình và phương án chấm dứt mạch Bob Smith ban đầu, và anh ấy phát hiện ra rằng phương án đề xuất của mình cung cấp khoảng ~10 dB tổn thất trở lại ít hơn cho dòng điện chế độ chung nhập vào mặt đất hệ thống. Điều này rõ ràng là một cải tiến; ít tiếng ồn chế độ chung được phản xạ và chúng ta sẽ mong đợi ít EMI chế độ chung hơn từ phần này của hệ thống và từ chính cáp UTP. Điều gì xảy ra tiếp theo phụ thuộc vào việc giữ đường trở về cho tiếng ồn này tránh xa ferrites phía trên mặt đất hệ thống, điều này đã tạo ra một loạt phản đối từ cộng đồng SI.

Nghiên cứu của Bohnert

Nếu bạn đọc qua các diễn đàn thiết kế PCB trực tuyến, bạn sẽ thấy các nhà thiết kế khác trích dẫn một nghiên cứu của Royce Bohnert. Ông đã chỉ ra rằng sơ đồ kết thúc của Bob Smith (các điện trở 75 Ohm), sơ đồ đã được Jim Satterwhite chỉnh sửa (các điện trở 52.3 Ohm), và không sử dụng kết thúc nào cả dường như không tạo ra bất kỳ sự khác biệt nào trong các phép đo tổn thất phản hồi. Liên kết gốc tới bài thuyết trình của Bohnert đã trở nên không an toàn, nhưng bạn có thể tải xuống PDF của bài thuyết trình gốc từ đây.

Ai Đúng?

Mặc dù có những phản đối, tôi không thấy lý do gì để không sử dụng mạng lưới kết thúc với cấu trúc này, bất kể nó sử dụng 52.3 Ohms hay 75 Ohms. Khi còn nghi ngờ, việc chạy một mô phỏng đơn giản với cuộn cảm của bạn và phương pháp kết thúc đề xuất không phải là điều tồi tệ. Bạn có thể phát hiện ra rằng những khẳng định của Satterwhite là đúng và bạn sẽ tốt hơn khi sử dụng 52.3 Ohms thay vì 75 Ohms trong mạng lưới kết thúc của mình. Với những công cụ thiết kế phù hợp, bạn có thể chạy các mô phỏng SPICE với các mô hình linh kiện cụ thể ngay từ sơ đồ của mình và xác định mạng lưới kết thúc nào phù hợp với bạn. Đừng quên bao gồm tụ điện trong các mô phỏng của bạn!

Dù bạn có kế hoạch sử dụng phương pháp kết thúc mạch của Bob Smith hay một phương pháp khác, công cụ thiết kế sơ đồ và bố trí PCB trong Altium Designer® cung cấp cho bạn mọi thứ bạn cần để tạo ra các thiết bị điện tử tiên tiến. Bạn sẽ có một bộ đầy đủ các tính năng giúp việc định tuyến các thiết kế kiểm soát trở kháng tốc độ cao trở nên dễ dàng.

Altium Designer trên Altium 365® mang lại một lượng tích hợp chưa từng có trong ngành công nghiệp điện tử cho đến nay, chỉ giới hạn trong thế giới phát triển phần mềm, cho phép các nhà thiết kế làm việc từ xa và đạt được mức độ hiệu quả chưa từng có.

Chúng ta mới chỉ khám phá bề mặt của những gì có thể thực hiện với Altium Designer trên Altium 365. Bạn có thể kiểm tra trang sản phẩm để biết mô tả tính năng sâu hơn hoặc một trong những Hội thảo Trực tuyến Theo Yêu cầu.