¿Cómo se puede mejorar este diseño? (Gigabit Ethernet con magnetismo discreto y POE)

9

Respuesta:

No hay nada mayormente incorrecto en el diseño, resulta que el transformador de Ethernet se quedó fuera de especificación por 0.2dB en la pérdida de inserción, cuando se empareja con el IC de PHY que estamos usando.

Pregunta

¿Hay algo notoriamente incorrecto en el enrutamiento de PCB de Gigabit Ethernet?

Gigabit Ethernet tiene muchas restricciones de diseño, debido a la disposición de los componentes en la PCB a veces es imposible seguir todas las reglas de diseño. Este diseño es necesario para realizar velocidades de Gigabit y alimentar un suministro de POE.

También debe aprobar las pruebas EMC / EMI y ESD de FCC .

He leído casi todas las notas de aplicación disponibles (TI, Intel..etc). Según mi leal saber y entender, los he seguido lo mejor que he podido. Las trazas se enrutan como pares de diferencias y con el mejor espaciado posible para evitar interferencias. Uso mínimo de vias / stubs de 2 por segmento. Son lo más simétricos posible, y los magnéticos posteriores a cada par se ajustan a 1,25 mm, mientras que los magnéticos pre se ajustan a 2 mm. Las trazas se enrutan en la capa inferior para evitar que se crucen varios planos de potencia como referencia.

Sin embargo, este diseño presenta algunos desafíos que no tengo experiencia para evaluar. Es decir, cuándo elige violar las reglas de diseño y en qué medida puede salirse con la suya.

Específicamente

  1. El RJ45 y Magnetics deben colocarse como están. Las trazas desde el RJ45 hasta el Magnetics tienen una longitud igual a a 2 mm y todas se establecen como pares diferenciales. Sin embargo, es un poco confuso: ¿causará esto un problema con el rendimiento de GBE?
  2. Debido a las restricciones, el magnetismo tiene dos trazados de tomas centrales colocados debajo de él (para el POE). ¿Se convertiría en un problema de EMI? (Las notas de la aplicación sugieren evitar el área debajo del magnetismo)
  3. El magnetismo del poste tiene dos características a tener en cuenta: un oscilador de cristal y un transformador (en un recorte) que puede agregar ruido a la señal. ¿Cómo se puede evitar?
  4. ¿Están colocados los VIAs / Stubs en el extremo phy de manera aceptable?

¿Hay y defectos obvios de este diseño que me estoy perdiendo?

    
pregunta Kieran Duggan

2 respuestas

2

Cosas que vienen a la mente:

  • por lo general, modelaría la traza de su PCB como una línea de transmisión que tiene exactamente las mismas características en la parte superior, como en la capa inferior. Como tal, no hay mucha diferencia en cuanto a la longitud de un rastro que se pone a través de; así que en lugar de tener estas vías de "aspecto de piqueros", una al lado de la otra, las compensé lo suficiente como para mantenerlas en medio de tu rastro
  • R51, C5 también podría estar en la capa superior
  • No conozco las frecuencias de su xtal o CPU, pero es probable que los 125 Mbaud de Gigabit Ethernet no queden muy impresionados :) Sin embargo, si está nervioso por el acoplamiento, es posible que desee considerar la Arquitectura clásica en forma de estrella de planos múltiples. No creo que esto sea necesario en este caso: los PHY de la red Ethernet Gigabit no están exactamente a la vanguardia en 2016, por lo que incluso con algunas interferencias, deberían funcionar.
  • solo mirando la parte del diseño que veo, diría que podría ser más fácil de enrutar si girara el PHY en 90 °, pero eso podría descomponerse en el momento en que la complejidad del "lado del procesador" de el phy entra en juego.
  • Creo que su diseño magnético RJ45 está bien; Probablemente había sido perezoso y acababa de enrutar los dos pares de diferencias que están en la mitad derecha del transformador "hacia abajo" desde los pines del conector, y la mitad izquierda "arriba"; pero eso no lo habría salvado del par que cruza al otro si se supone que debe acceder a las almohadillas magnéticas solo desde un lado (a menos que coloque dos rastros entre pines RJ45 adyacentes ...). La topología no es siempre tu amiga: /

Aviso: 1GE tiene una velocidad en baudios de 125 MBaud, es decir, incluso si considera los dos primeros lóbulos laterales, no debería preocuparse por las frecuencias superiores a 375 MHz. Con FR4 (con epsilon específico) y una gran cantidad de fórmulas que se aproximan a la pereza, la longitud de onda de esa frecuencia es aproximadamente \ $ \ frac15 \ frac {c_0} {375 \ text {MHz}} = \ frac 15 \ frac {3 \ cdot 10 ^ 8 \ frac {\ text m} {\ text s}} {3.75 \ cdot 10 ^ 8 \ frac1 {\ text s}} \ approx \ frac4 {15} \ approx 0.27 \ text {m} = 270 \ text {mm} \ $, por lo que una diferencia de longitud de traza de 2 mm es un error de fase de 2.7 ° ... Creo que estará bien, incluso con un poco de enrutamiento poco elegante.

    
respondido por el Marcus Müller
2

Abogo por el enrutamiento de una capa para cualquier señal de alta velocidad.

Las pistas GigE están referenciadas a tierra en el lado del magnetismo, pero en referencia a la capa de potencia en el lado PHY. Para evitar el uso de condensadores de costura podría mover la potencia en el magnetismo (conectado claramente a algunos desacopladores) a la capa 4 y simplemente enrutar el GigE en la capa 1; sin vias, no habrá discontinuidad pero la capa de referencia deberá ser sólida desde el magnetismo hasta el PHY, lo que puede requerir un poco de trabajo.

Dicho esto, hay otra ventaja del enrutamiento de una capa: la impedancia de dos capas diferentes en una placa controlada por impedancia nunca coincidirá con el 100% . Eso significa que incluso con las tapas de costura, habrá reflejos (no enormes, pero existirán) en el cambio de capa. En una PCB típica, la impedancia de 2 capas diferentes será diferente en un 10% aproximadamente, con un coeficiente de reflexión de poco más del 9% suponiendo una ruta de retorno perfecta.

Como alternativa, puede hacer que el área en el terreno de la capa 2 donde existen las pistas de vias y ethernet en la capa uno, pero todavía necesite suting vias para que la capa de referencia cambie de la capa 3 a la capa 2.

Tomé tu imagen para mostrar dónde irían:

Eso no cambiará el hecho de que tendrá alguna discontinuidad, pero la mantendrá al mínimo. Las vías de costura proporcionan un camino corto entre las capas de referencia; si no están allí, la ruta de retorno tendrá que encontrar el punto más cercano en el que se encuentre la corriente de retorno, cuanto más lejos esté (hasta cierto límite), mayor será la discontinuidad.

En general, trato de no poner nada debajo del magnetismo, pero como tus huellas están aparentemente protegidas por la capa del suelo, no veo un problema importante con esas.

    
respondido por el Peter Smith

Lea otras preguntas en las etiquetas