ETH PHY Защита в состоянии «нет питания»

8

Мой вопрос прост: в типичной конфигурации Ethernet гнездо RJ-45 подключается через некоторые трансформаторы (или, если хотите, назовите его магнитами) к Ethernet PHY. (который может быть внутренним по отношению к микроконтролю или внешним физическим током).

Теперь, если устройство не запитано, но подключен кабель локальной сети (очень распространенный случай), все еще могут быть отправлены пакеты через трансформаторы, которые достигают PHY, которые не запитаны. Так как это обычно проблема при наличии ненулевых уровней на выводах микросхем без питания, почему никто не заботится в этом случае?)

Обратите внимание, что я не говорю о защите от электростатического разряда, потому что последнее не поможет вам в этом случае!

Спасибо!

Юний
источник

Ответы:

11

Действительно, это обычно проблема. Теперь давайте посмотрим на таблицы данных некоторых чипов PHY, просто чтобы проверить.

Вот абсолютный максимальный рейтинг типичной ETH PHY, KSZ8051 (от Micrel, теперь Microchip):

введите описание изображения здесь

Вот абсолютный максимальный рейтинг другого, LAN8720 (я знаю, это тоже микрочип, но они только что купили всех, это не моя вина):

введите описание изображения здесь

Так что, пока вы в этом, это нормально. И с нормальными уровнями в парах Ethernet и надлежащим смещением трансформатора, вы должны быть в пределах этого.

Когда микросхема может быть повреждена путем подачи входного напряжения при выключенном питании, в техническом описании указано что-то вроде VCC + 0,5 В в качестве максимального входного напряжения. Здесь у нас есть абсолютное значение, поэтому допуск входного напряжения не зависит от того, включен ли чип или нет.

Обратите внимание, что в случае PHY локальных сетей все решения, разумеется, учитывают это, и никакой PHY не может быть поврежден, когда есть сигнал, но не подается питание. То же самое относится и к драйверам RS-232, RS-485, драйверам CAN и т. Д. Они все защищены от этой проблемы, иначе никто бы их не купил.


РЕДАКТИРОВАТЬ

Извинения ... После нескольких обменов комментариями с @SimonRichter (см. Ниже) я понял, что на самом деле то, что я говорю выше, будет правильным и полным для любого вида физического интерфейса, кроме Ethernet. Причина в том, что есть трансформатор для изоляции узла и кабеля. Центральный отвод трансформатора обычно привязан к шине питания, чтобы подать сигнал в пределах спецификации входного диапазона, и все в порядке. Но когда цепь не запитана, шина питания равна нулю, и сигнал становится сосредоточенным вокруг земли. Таким образом, это будет превышать максимальные рейтинги при переходе в отрицательный.

Поэтому я начал задумываться 1 , но не нашел объяснения.

Что я гарантирую, так это то, что это не проблема . PHY Ethernet и сигнализация Ethernet спроектированы таким образом, чтобы они не ломались при подключении узла без питания к узлу с питанием, и вам не нужно предпринимать особые меры предосторожности в вашей цепи, чтобы быть в этом безопасным.

Но это правда, что я посмотрел несколько таблиц PHY, и максимальных оценок на самом деле недостаточно, чтобы гарантировать это, и я никогда не видел главу, объясняющую, почему она все еще безопасна.

Итак, я должен признать, что на самом деле не знаю полного ответа.

Поэтому я назначил вознаграждение по этому вопросу, чтобы кто-то объяснил нам, с конкретными фактами , как это может быть безопасно, или предоставил фактические доказательства того, что в таблицах данных не хватает некоторой информации (например, расширенный безопасный диапазон для пар TX / RX, который не является уточняются).


1 - Во-первых, я подумал, что защитные диоды вернут сигнал в пределах диапазона. Но это не может: центральный ответвитель тогда должен был бы снабжать всю цепь, что не имеет смысла. Тогда я подумал, что, возможно, протокол обнаружения канала был задан таким образом, что его фактически никогда не может быть: обычный сигнал Ethernet никогда не отправляется, если другая сторона не определит, что удаленный узел действительно активен и включен. Но это не имеет смысла , либо: протокол обнаружения ссылки является использование обычной сигнализации локальных сетей.

тусклый
источник
2
@ user3796486 На самом деле чтение таблиц - это привычка и само по себе искусство. Что вам нужно знать при их чтении, так это то, что все написанное действительно предназначено . Например, 5,5 В отличается от Vcc + 0,5 В. А также, этот дьявол часто в деталях.
Дим
1
Я не уверен, что это относится и к аналоговым выводам - ​​например, не имеет смысла иметь асимметричные максимальные значения для сигнала, связанного с переменным током. Интересно, что я не нашел упоминания об этом в таблицах данных для PHY, которые я обычно использую, но подключение устройств в автономном режиме никогда не было проблемой, поэтому анекданные предполагают, что это нормально.
Саймон Рихтер
2
@SimonRichter На центральном отводе трансформатора имеется смещение, которое сдвигает сигнал и вводит его в спецификации. Он не сосредоточен вокруг земли. Вот почему это может быть ассиметричным.
Дим
2
@ Дим, верно, но этот уклон должен быть включен.
Саймон Рихтер
1
@SimonRichter Ох. Это на самом деле чертовски верно. Ну, наверняка, последний абзац по-прежнему в силе, и не о чем беспокоиться. Но, ну ... Да, это смущает ... Эти таблицы, они всегда забывают упомянуть несколько вещей, не так ли? :)
Дим
1

Такие ИС, которые защищены от перенапряжения на входах данных, обычно включают в себя диодные матрицы Шоттки внутри. Эти массивы также продаются как отдельные микросхемы . Каждая линия данных защищена двумя диодами, которые связывают ее с Vcc и GND:

введите описание изображения здесь

Всякий раз, когда напряжение на линии передачи данных возрастает, Vcc увеличивается до того же потенциала (минус падение напряжения на диоде Шоттки). Таким образом, если плата Ethernet не подключена (Vcc = 0), любое напряжение на данных будет либо ограничено, либо подтянет Vcc к своему уровню. Эта функция иногда используется в хобби-проектах для питания микросхем через выводы данных . Подобные вещи случаются, когда напряжение на выводе данных падает ниже GND. Кроме того, те же самые диоды обеспечивают путь разряда, который защищает линии передачи данных от электростатического разряда.

В случае Ethernet напряжение на выводах данных будет эффективно подавлено, поскольку ток в линиях передачи данных очень ограничен. Согласно спецификации IEEE 802.3 уровни напряжения на сигнальных линиях ограничены до +/- 3,5 В, что составляет максимальный ток 35 мА при нагрузке 100 Ом. Этот ток будет дополнительно ослаблен потерями в магнитах как передатчика, так и приемника. В худшем случае (никакого затухания вообще нет) этот ток должен рассеиваться зажимными диодами.

Дмитрий Григорьев
источник
Я подумал об этом и упомянул об этом в заметке в конце своего поста. Но это может привести к перегрузке драйвера на другом конце кабеля, поскольку ток через защитный диод не ограничен в вашей схеме. Это также может привести к возгоранию защитного диода. На самом деле, «питание ИС через выводы данных» действительно, если вы просто питаете один чип. Здесь, поскольку ток должен проходить через центральный отвод, который привязан к шине питания всей системы , вы будете питать всю систему через этот диод. Что невозможно, конечно.
Дим
Тока будут ограничены свойствами магнетизма и свойствами входного сигнала. В действительности, сигнал будет слишком слабым для питания всей платы и будет надежно зафиксирован почти до нулевого значения. Например, проверьте этот эталонный дизайн , стр. 10.
Дмитрий Григорьев
Затем вы должны указать это в своем ответе (но с более подробной информацией и обоснованиями). На самом деле, я хочу знать, какие элементы в цепочке фактически ограничивают ток, и, что еще лучше, указан ли этот безопасный предел где-то (наверняка в спецификациях IEEE, поскольку я не могу найти его ни в одном физическом элементе). техническая спецификация).
Дим
1
@ Dim Да, я определенно где-то ошибся, падение напряжения на нагрузке 100 Ом должно быть около 3,5 В. Я исправлю свой ответ позже, когда у меня будет время.
Дмитрий Григорьев
1
@ user3796486 Блокировка не является проблемой, поскольку она быстро рассеивается без внешнего питания. В целом (в устройствах с питанием) зажимные диоды в некоторой степени предотвратят защелкивание, но статистически на большой микросхеме вы получите структуру, которая защелкивается при напряжении ниже прямого напряжения зажимающего диода.
Дмитрий Григорьев