Guide de dépannage pour les anomalies de la communication Ethernet: dans - Analyse de la profondeur des problèmes de sélection et de conception du transformateur de réseau et de réseau

— - Faire des défaillances de liens à partir de la source de conception matérielle

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1. Analyse des phénomènes anormaux communs dans la communication Ethernet et leur pertinence pour la conception

Les anomalies de communication Ethernet se manifestent généralement comme un incapacité à établir des liens, une perte de paquets fréquente, une dégradation des taux, un taux d'erreur de bit élevé et une interférence EMI excessive. La plupart de ces problèmes sont directement liés à la sélection des puces Phy, de la configuration du transformateur réseau (transformateur net) et des solutions de câblage dans la conception matérielle.

Tableau des phénomènes anormaux typiques et des défauts de conception

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2. Échec de la communication causée par une sélection incorrecte de chips Phy

La puce PHY est le cœur de la couche physique. Une mauvaise sélection peut entraîner des problèmes tels que la compatibilité du protocole et la qualité du signal.

1. Les normes de protocole ne correspondent pas

• Exemple: L'équipement industriel utilise une puce PHY 10Base - T1L (comme ADI ADIN1100), mais le transformateur de réseau ne prend en charge que 100Base - TX (rapport 1: 1 de virages), entraînant une défaillance de couplage du signal.
• Étapes de dépannage:
• Confirmez les protocoles pris en charge par PHY (IEEE 802.3cg / 802.3bw, etc.).
• Vérifiez si la réponse de fréquence du transformateur de réseau couvre la bande de fréquence cible (par exemple, 10Base - T1L doit prendre en charge 1 - 16 MHz).
• Solution: remplacer par un transformateur de réseau à large bande (tel que Halo TG110 - E055N5, prenant en charge 1 - 100MHz).

2. Problèmes d'alimentation et de compatibilité des niveaux

• CAS: La tension d'E / S de la puce PHY est de 1,8 V, mais elle est connectée à un contrôleur MAC 3,3 V, entraînant une amplitude de signal insuffisante.
• Vérification des paramètres clés:
• La tension VDdio (1,8 V / 2,5 V / 3,3 V) du PHY doit être cohérente avec celle du contrôleur MAC.
• Le courant d'entraînement PHY (comme 20mA contre 10mA) détermine la distance de transmission du signal.
• Outil de débogage: utilisez un oscilloscope pour mesurer le TX + / - Amplitude différentielle (standard: ± 1 V pic - à - pic).

3. Température insuffisante et protection ESD

• Cas: La puce PHY Automotive (telle que TI DP83TC811S - Q1) ne répond pas à la certification AEC - Q100 de grade 2 et se bloque dans des environnements à haute température.
• Points de conception:
• Industrial - Phy doit prendre en charge - 40 ℃ ~ + 125 ℃, et l'automobile Phy doit passer la certification AEC - Q100.
• Ajouter des diodes TVS (telles que Bourns CDSOT23 - SM712) à l'interface PHY pour améliorer la protection ESD (≥ ± 8 kV de décharge de contact).

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3. Sélection du transformateur de réseau et défauts de conception de câblage

Le transformateur de réseau est responsable du couplage du signal et de l'isolement. Les erreurs de conception entraîneront directement la distorsion et l'interférence du signal.

1. Ratio de virages de mal

• Méthode de vérification: Utilisez un compteur LCR pour mesurer l'inductance primaire / secondaire du transformateur de la grille (l'erreur d'inductance d'un transformateur standard 1: 1 est inférieure à 5%).

2. Erreurs de conception de blindage et de mise à la terre

• EMI dépassant le cas standard: un transformateur blindé à 360 ° (tel que Pulse HX5008NL) n'est pas utilisé, et le côté secondaire n'est pas mis à la terre via un condensateur Y, entraînant un couplage de bruit commun - Mode au câble.
• Solution:
• Choisissez un transformateur entièrement protégé (boîtier métallique + fil magnétiquement enveloppé).
• Le côté secondaire du transformateur de la grille est connecté au boîtier métallique à travers un condensateur 1NF Y (impédance de mise à la terre <1Ω).

3. Fau de conception de l'alimentation PODL

• Fauteur typique: PHY prend en charge la classe 4 PODL (60W), mais le transformateur de réseau n'a pas de fonction d'isolement CC intégré, entraînant des conflits de puissance et de données.
• Conception conforme:
• Utilisez un transformateur avec un robinet central (comme Bourns SM453230) et ajoutez un condensateur de stockage d'énergie de 100 μF au robinet.
• Utilisez une pince de courant pour mesurer le courant de ligne PODL pour vous assurer qu'il ne dépasse pas la limite de puce (par exemple 60W correspond à 1.2a@50v).

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4. Problèmes clés et mesures correctives pour la conception de câblage

1. Erreurs de conception de routage différentiel

• Impédance inadéquat:
• Phénomène: L'impédance de la ligne différentielle n'est pas contrôlée (cible 100Ω ± 10%), entraînant une réflexion du signal.
• Correction: Utilisez SI9000 pour recalculer la largeur / espacement de la ligne et adoptez la structure "Ligne microruban + feuille de cuivre moulue".
• Longueurs inégales:
• Standard: l'erreur de longueur dans la paire différentielle est ≤5 mm et l'erreur entre les groupes externes est ≤25 mm.
• Outils: Activez de longues fonctionnalités telles que Xsignals dans les logiciels de conception de PCB tels qu'Altium.

2. Erreur de mise en page des condensateurs de découplage

• Exemple: La distance entre le condensateur de 0,1 μF près de la broche PHY Power est supérieure à 5 mm et le bruit de fréquence élevé est couplé à la ligne de signal.
• règle:
• Placer un condensateur de 0,1 μF + 1 μF sur chaque broche de puissance (espacement ≤2 mm).
• Utilisez des condensateurs en céramique ESR faibles (tels que le matériau X7R / X5R).

3. Flaws de conception de la zone d'isolement

• Risque de dégradation à haute tension: le côté PHY (DGND) et le côté isolement du transformateur de réseau (PGND) ne maintiennent pas une distance de fabrication suffisante.
• Exigences de sécurité:
• Tension d'isolement primaire / secondaire ≥1500 VRMS (industrielle) ou 2500 VRM (automobile).
• La largeur de la zone d'isolement sur le PCB est ≥3 mm (isolation renforcée) et des rainures sont fournies pour éviter les fuites.

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V. Cas de combat réel: EMC dépassant la norme et la communication intermittente défaillance complète

1. Phénomène de défaut

• Dans un test EMC, un module PLC industriel a dépassé la limite CE RE (bande de fréquence de 120 MHz a dépassé la limite) et la communication était intermittente.

2. Vérification de conception

• Sélection PHY: ADI ADIN1300 (Grade industriel, prend en charge 10/100 Mbps).
• Modèle de transformateur de réseau: HX5008NL (tension d'isolement 2500 VRMS).
• Problèmes de câblage:
• La différence de longueur de ligne différentielle est de 12 mm (＞ ＞ 5 mm standard), et aucun étranglement de mode commun n'est ajouté.
• Le secondaire du transformateur de la grille n'est pas mis à la terre et le condensateur de découplage de puissance est manquant.

3. Mesures correctives

• Optimiser le routage: Re - Disser les lignes différentielles (réduit la différence de longueur à 3 mm) et ajouter un filtre de mode commun (Murata DLW43SH101XK2).
• Renforcement de mise à la terre: Ajoutez un condensateur 1NF Y au boîtier métallique du côté secondaire du transformateur.
• Filtrage d'alimentation: une perle de ferrite de 100 MHz (TDK MMZ1608S102A) est connectée en série à l'entrée d'alimentation 3,3 V du PHY.

4. Résultats des tests

• La valeur de rayonnement EMC a chuté de 15 dB et le taux d'erreur de bit de communication est passé de 1E - 5 à <1E - 8.

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Vi. Boîte à outils de vérification et de débogage de conception

1. Outils de test de matériel

2. Liste de contrôle de débogage

• [] Les registres Phy sont configurés correctement (vitesse, mode duplex, auto - négociation).
• [] Le rapport transformateur de réseau correspond au protocole.
• [] L'impédance de la ligne différentielle est conforme à 100Ω ± 10%.
• [] La disposition des condensateurs de découplage de l'alimentation électrique est conforme au «principe de proximité».
• [] Le côté secondaire du transformateur de la grille est mis à la terre à travers un condensateur Y.

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En localisant avec précision les défauts de conception des transformateurs de PHY et de réseau, les anomalies de communication Ethernet peuvent être systématiquement résolues. Les ingénieurs matériels doivent correspondre strictement aux paramètres pendant la phase de sélection et implémenter des règles de conception de vitesse élevées dans la mise en page pour éviter les risques de communication à la source.