イーサネット通信のトラブルシューティングガイド：In - PHYおよびネットワークトランスの選択と配線の設計の問題の深さ分析

- ハードウェア設計のソースからリンク障害を配置します

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1。イーサネット通信における一般的な異常な現象と設計との関連性の分析

イーサネット通信の異常は、通常、リンクの確立の失敗、頻繁なパケット損失、レートの劣化、高いビットエラー率、および過剰なEMI干渉として現れます。これらの問題のほとんどは、Phyチップの選択、ネットワークトランス（ネットトランス）構成、およびハードウェア設計における配線溶液の選択に直接関係しています。

典型的な異常な現象と設計上の欠陥の表

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2。誤ったPHYチップ選択によって引き起こされる通信障害

Phyチップは物理層の中核です。不適切な選択は、プロトコルの互換性や信号の品質などの問題につながる可能性があります。

1。プロトコル標準は一致しません

例：産業機器は10ベース- T1L Phyチップ（Adi Adin1100など）を使用しますが、ネットワークトランスは100ベース- TX（1：1ターン比）のみをサポートし、信号結合の故障をもたらします。
手順のトラブルシューティング：
Phy（IEEE 802.3cg/802.3bwなど）がサポートするプロトコルを確認してください。
ネットワークトランス周波数応答がターゲット周波数帯域をカバーするかどうかを確認します（たとえば、10ベース- T1Lは1 - 16MHzをサポートする必要があります）。
解決策：ブロードバンドネットワークトランス（Halo TG110 - E055N5など、1 - 100MHzをサポート）に置き換えます。

2。電源とレベルの互換性の問題

ケース：PhyチップのI/O電圧は1.8Vですが、3.3V Macコントローラーに接続されているため、信号振幅が不十分です。
重要なパラメーター検証：
PHYのVDDIO電圧（1.8V/2.5V/3.3V）は、Macコントローラーの電圧と一致する必要があります。
Phy駆動電流（20mA対10mAなど）は、信号透過距離を決定します。
デバッグツール：オシロスコープを使用して、Tx+/-を測定します微分振幅（標準：±1Vピーク-〜-ピーク）。

3.温度が不十分でESD保護

ケース：Automotive Phy Chip（Ti DP83TC811S - Q1など）は、AEC - Q100グレード2の認定を満たしておらず、高温環境でのクラッシュを満たしていません。
デザインポイント：
Industrial - Grade Phyは、- 40 ℃〜+125をサポートする必要があり、Automotive PhyはAEC - Q100認定を渡す必要があります。
PHYインターフェイスにTVSダイオード（Bourns CDSOT23 - SM712など）を追加して、ESD保護を強化します（≥±8kV接触放電）。

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3。ネットワークトランスの選択と配線設計の欠陥

ネットワークトランスは、信号結合と分離を担当します。設計エラーは、信号の歪みと干渉を直接引き起こします。

1。間違った巻線ターン比

検証方法：LCRメーターを使用して、グリッドトランスの一次/二次インダクタンスを測定します（標準1：1変圧器のインダクタンス誤差は5％未満です）。

2。シールドおよび接地設計エラー

標準ケースを超えるEMI：360°終端したシールド変圧器（パルスHX5008NLなど）は使用されず、セカンダリ側はYコンデンサを介して接地されておらず、ケーブルへの共通-モードノイズのカップリングをもたらします。
解決：
完全にシールドされた変圧器（金属ケーシング +磁気ラップワイヤー）を選択します。
グリッドトランスの二次側は、1NF Yコンデンサ（接地インピーダンス<1Ω）を介して金属ケーシングに接続されています。

3。PODL電源設計の欠陥

典型的な障害：Phyはクラス4 PODL（60W）をサポートしますが、ネットワークトランスには統合されたDC分離関数がなく、パワーとデータの競合が発生します。
準拠デザイン：
センタータップ（Bourns SM453230など）を備えたトランスを使用し、100μFエネルギー貯蔵コンデンサをタップに追加します。
電流クランプを使用して、PODLライン電流を測定して、チップ制限を超えないようにします（たとえば、60Wは1.2A@50Vに対応します）。

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4.配線設計のための重要な問題と是正措置

1。微分ルーティング設計エラー

インピーダンスミスマッチ：
現象：微分線のインピーダンスは制御されておらず（ターゲット100Ω±10％）、信号反射をもたらします。
修正：SI9000を使用して、ライン幅/間隔を再計算し、「マイクロストリップライン +グランド銅ホイル」構造を採用します。
不平等な長さ：
標準：差動ペア内の長さエラーは≤5mmで、外部グループ間の誤差は≤25mmです。
ツール：AltiumなどのPCB設計ソフトウェアのXsignalsなどの長い機能を有効にします。

2.デカップリングコンデンサレイアウトエラー

例：Phy Power Pinの近くの0.1μFコンデンサ間の距離は5mmを超えており、高-周波数ノイズは信号線に結合されます。
ルール：
各パワーピンに0.1μF+1μFコンデンサを配置します（間隔≤2mm）。
低ESRセラミックコンデンサ（X7R/X5R材料など）を使用します。

3。分離ゾーンの設計上の欠陥

高-電圧破壊リスク：PHY側（DGND）とネットワークトランスの分離側（PGND）は、十分なクリープ距離を維持しません。
安全要件：
一次/二次分離電圧≥1500VRMS（産業）または2500VRMS（自動車）。
PCB上の分離領域の幅は3mm以上（補強断熱）であり、漏れを防ぐために溝が提供されます。

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V.実際の戦闘ケース：EMCは標準および通信断続的な包括的な障害を超えています

1。断層現象

EMCテストでは、産業用PLCモジュールがCE REMIT（120MHz周波数帯域が制限を超えた）を超え、通信は断続的でした。

2。設計チェック

Phy Selection：ADI ADIN1300（産業用グレード、10/100Mbpsをサポート）。
ネットワークトランスモデル：HX5008NL（分離電圧2500VRMS）。
配線の問題：
微分線の長さの違いは12mm（＞5mm標準）であり、一般的なモードチョークは追加されていません。
グリッドトランスのセカンダリは接地されておらず、電力分離コンデンサが欠落しています。

3。是正措置

ルーティングを最適化します：re -ディファレンシャルラインをレイアウトし（長さの差を3mmに減らしました）、共通-モードフィルター（Murata DLW43SH101XK2）を追加します。
接地補強：トランスの二次側の金属ケースに1NF Yコンデンサを追加します。
電源フィルタリング：100MHzフェライトビーズ（TDK MMZ1608S102A）は、PHYの3.3V電力入力に直列に接続されています。