Anordnung der Erdungsebenen in der Ethernet-Verbindung

Ich entwerfe eine Platine mit vernünftigen analogen Signalen und einem Prozessor, der über Ethernet mit dem externen Wort kommuniziert, und ich möchte vermeiden, dass Gleichtaktströme in meine analogen Schaltungen einkoppeln. Nachdem ich einige Designtipps gelesen habe, sind dies die Skizzen des Schaltplans und des Layouts, die für mich sinnvoller sind. Ich habe jedoch einige Zweifel und bitte um Klärung zu folgenden Themen:

Schema

Layout

Bitte beachten Sie, dass das Ethernet-Kabel nicht geschirmt ist:

  1. Der RJ45-Schirm wird direkt mit GND_SHIELD verbunden und galvanisch mit dem Metallgehäuse des gesamten Geräts verbunden. Dies wurde getan, um das System vor ESD zu schützen.

  2. Der von mir verwendete LAN-Übertrager IC 749020010A integriert eine Gleichtaktdrossel auf der Steckerseite. Einige Designleitfäden wiesen darauf hin, dass es wichtig ist, den Mittelabgriff des Transformators der Steckverbinderseiten über ein RC- oder C-Netzwerk ( Ref. 1, Seite 22 , Ref. 2, Abb. 47 ) mit der Masseebene zu verbinden, um einen Pfad mit niedriger Impedanz für die gedämpften Gleichtaktströme bereitzustellen durch die Eingangsdrossel. Daher habe ich die Mittenabgriffe über die Widerstände mit dem „GND_magnetic“ verbunden und diese Ebene über den Kondensator mit dem GND_SHIELD verbunden. Ich bin mir jedoch nicht sicher, da die zweite Referenz angibt, dass diese Ebene nicht mit der Abschirmung verbunden werden sollte, während die erste ReferenzPunkte, an denen RC mit der Abschirmung verbunden werden muss. Außerdem bin ich mir nicht sicher, ob eine Ebene unter den Ethernet-Differentialleitungen erforderlich ist, da sie den Gleichtakt an diese Ebene koppeln kann, bevor sie durch die Drossel geht.

  3. Der System-GND ist durch den LAN-Transformator-IC von der Anschlussspannungsdomäne isoliert und durch eine Ferritperle mit GND_SHIELD verbunden, wodurch eine Hochspannung aufgrund einer schwebenden Ebene vermieden wird, während der Hochfrequenz-Gleichtaktstrom daran gehindert wird, durch diese Verbindung in die Systemerde einzudringen . Ich habe jedoch folgende Zweifel: Wenn die Gleichtaktströme in der Abschirmung zirkulieren und die GND-Ebene des Systems nicht direkt damit verbunden ist, gibt es möglicherweise einen Spannungssprung zwischen ihnen. Könnte es zu einer Verstärkung der elektromagnetischen Emissionen führen?

  4. Abschließend: Die Verwendung von Transformatoren/Drosseln zum Blockieren von Gleichtaktströmen ist in Designleitfäden für die physikalische Ethernet-Schicht sehr verbreitet, aber ist dies bei Designleitfäden für die physikalische USB-Schicht nicht so üblich? Kann ich dieselbe Filter-/Isolierungsmethode für eine USB-Verbindung verwenden? Wäre es eine gute Wahl?

Vielen Dank im Voraus!

Antworten (1)

Ich habe jedoch folgende Zweifel: Wenn die Gleichtaktströme in der Abschirmung zirkulieren und die GND-Ebene des Systems nicht direkt damit verbunden ist, gibt es möglicherweise einen Spannungssprung zwischen ihnen. Könnte es zu einer Verstärkung der elektromagnetischen Emissionen führen?

Eine Ferritperle isoliert nicht Hochspannung, wie die Frage vermuten lässt, sondern blockiert Hochfrequenz. Bei einem ESD-Ereignis kann dies kurzzeitige Hochfrequenzspannungen blockieren, aber es kann nur filtern, und es fließt Strom über den Ferrit. Ferrit wird nicht so stark "springen" wie ein normaler Induktor, da Eisenmaterial Hysterese und Verluste aufweist und keinen RLC-Q-Punkt bildet, wie es ein normaler Induktor tun würde.

Die Verwendung von Transformatoren/Drosseln zum Blockieren von Gleichtaktströmen ist in Designleitfäden für die physische Ethernet-Schicht sehr verbreitet, aber ist dies in Designleitfäden für die USB-physikalische Schicht nicht so üblich? Kann ich dieselbe Filter-/Isolierungsmethode für eine USB-Verbindung verwenden? Wäre es eine gute Wahl?

Drosseln können für USB verwendet werden, werden jedoch aus den im Link angegebenen Gründen im Allgemeinen nicht empfohlen . Ich habe nie eine gute Verwendung für sie gefunden. Wenn Rauschen herausgefiltert werden muss, verwenden Sie eines (z. B. HF-Rauschen). Verwenden Sie also keine Gleichtaktdrossel, es sei denn, es gibt einen Grund dafür (Sie haben Probleme mit Rauschen in Ihrem Augendiagramm). TVS-Dioden oder andere Filter können verwendet werden, um potenzielle Ströme von der Elektronik mit USB abzuleiten. Die Abschirmung sollte auch an geeigneten Punkten (z. B. Gehäusemasse) befestigt werden, um ESD-Ströme von der Elektronik abzuleiten.

Nitpick: Viele, wenn nicht die meisten "normalen Induktoren" verwenden Ferritkerne, obwohl der dafür verwendete Ferrit eine andere Formulierung haben kann als der für Ferritperlen verwendete. Einige Ferrite haben auch, es sei denn, ich erinnere mich falsch an meine Magnetklasse, tatsächlich geringere Hystereseverluste als einige Elektrostähle und sicherlich geringere Wirbelstromverluste.
Als ich den Spannungssprung erwähnte, bezog ich mich auf den hypothetischen Fall, in dem hochfrequenter Gleichtaktstrom das Abschirmpotential in Bezug auf die Systemerde, isoliert durch den Ferrit, zum Springen brachte.
@Hearth Das Material ist so konstruiert, dass Ferritindikatoren (wenn Sie die richtigen auswählen) einen Verlust (und eine Impedanz) bis hinunter in den Hz-Bereich aufweisen. Ich nahm an, dass es sich aufgrund anderer Arbeiten mit Transformatoren um einen hysterischen Verlust handelte, aber jetzt habe ich bin mir nicht 100% sicher. Ich muss dem mal nachgehen.
@laptop2d Da Ferrite einen so hohen spezifischen Widerstand haben, ist der größte Teil des Verlusts in ihnen hysteretisch, aber der Verlust ist sehr gering. Induktivitäten mit Impedanz bedeuten nicht unbedingt, dass sie Verluste haben, da die ideale Blindimpedanz verlustfrei ist. Ich würde mich jedoch fragen, wie sich der Hystereseverlust in Ferriten im Vergleich zum Kupferverlust in den Wicklungen verhält, da sich diese zahlreichen Windungen aus sehr dünnem Draht summieren.
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