Плохая глазная диаграмма, с чего начать искать?

Я пытаюсь отладить плату Ethernet 100 Мбит и сталкиваюсь с проблемой, которую пытаюсь решить.

Это глазная диаграмма для передающей пары. Принимающая пара очень похожа. Это PHY LAN8700, и у меня фактически отключен интерфейс MII, поэтому PHY передает кодовые последовательности IDLE. Это принудительно в 100Mbit / FDX в соответствии с таблицей. 100Mbit / HDX идентичен.

Исправление: проект использует внутреннее напряжение 1,8 В LAN8700 для питания своей сети VDD_CORE; Должно быть, я путал питание логики 1,8 В с источником питания VDD_CORE в моем предыдущем описании. Мне кажется, что шум от источника питания не такой большой вероятности, так как высокий, нулевой и низкий уровни на самом деле довольно приличный. Таким образом, глаз не "зажат". Тот факт, что все нарушения выглядят как очень хорошие переходы, просто «искаженные» во времени, заставляет меня думать, что проблема заключается в кристалле или запасе для драйвера кристалла / PLL в PHY.

Если я позволю глазной диаграмме пройти (около 15 минут), то нарушения в маске «заполняются» так, что белые нарушения, которые вы видите на рисунке, становятся белыми шевронными (>) фигурами в правой части синих масок. Это скажет мне, что ошибки синхронизации более или менее случайным образом распределены, а не какой-то дискретный шум, отрывающий синхронизацию от точной величины.

Кристалл, который использует PHY, имеет спецификацию 30 стр / мин, которая находится в пределах спецификации 802.3 100ppm, и даже в пределах рекомендованной спецификации 50ppm, которую определяет PHY. Я использую нагрузочные конденсаторы, которые соответствуют тому, что ищет кристалл, и довольно близки к тому, что LAN8700 указывает в качестве своей номинальной емкости.

До того, как я отключил интерфейс MII, я видел ошибки кадрирования (как сообщалось в моей программе ifconfig для Linux). Там нет ошибок, если я заставлю ссылку на 10Mbit.

Одна из очень странных вещей, которые я заметил, состоит в том, что, если я устанавливаю область для запуска по сигналу RX_ER (ошибка приема) от PHY к MAC, он никогда не сигнализирует об ошибке, даже если ошибки кадров накапливаются в отчетах MAC. Теперь, читая таблицу данных для PHY, становится ясно, что на самом деле очень мало ситуаций, когда RX_ER будет утверждать, но мне очень трудно поверить, что с такой диаграммой, как я вижу, ошибки на самом деле между PHY и MAC.

Я понимаю основы глазных диаграмм, но я смотрю на некоторые из более опытных плакатов, надеясь, что они смогут поделиться своим опытом в переводе конкретных нарушений маски глаз на возможные источники.

(редактировать: добавлена ​​схема, исправлен источник поставки VDD_CORE)

Я вижу много вещей, которые потенциально могут вызвать проблемы с диаграммой зрения, которые вы видите. Нет "дымящегося пистолета", но есть вещи, которые могут испортить вещи.

У вас есть 0,01 мкФ заглушки (C211, C212, C214 и C217) на неиспользуемые контакты RJ-45 и центральные отводы трансформатора. Я рекомендую закрыть эти колпачки. Использование здесь заглавных букв необычно и может вызвать проблемы позже, хотя они вряд ли вызовут проблемы с диаграммой глаз, которые у вас возникают. Насколько я могу судить, единственная причина, по которой эти ограничения существуют, заключается в схеме блокировки по постоянному току, когда кто-то использует нестандартную схему питания через Ethernet. Стандартное POE не нуждается в этой защите, и, поскольку стандарт POE теперь "старый", вы вряд ли столкнетесь со стандартным оборудованием, отличным от POE.

Снимите заглушки C19 и C25, 10 пФ на нагрузочных резисторах Ethernet. Они слишком малы и слишком далеки от чего-либо критического, чтобы их можно было использовать.

Измените ограничение C18 и C24, 0,01 мкФ на нагрузочных резисторах Ethernet, по крайней мере до 0,1 мкФ. Вы могли бы даже попробовать 4,7 мкФ. «Силовая шина», которую эти колпачки разъединяют, должна быть достаточно стабильной, и через нагрузочные резисторы может протекать удивительный ток. Если L4 / L5 слишком сильно ограничивает ток, а заглушки не ослабляют, то могут возникнуть ошибки данных.

Снимите C16, C17, C22 и C23 - все 10 пФ на линиях данных Ethernet. Единственной причиной этого является фильтрация электромагнитных помех, которая не требуется для отладки. Удалите их, чтобы убедиться, что они не вызывают другие проблемы. Вы всегда можете вернуть их позже, если вам нужно.

Замените крышки C20 и C21 на 0,022 мкФ на центральных отводах трансформатора, по крайней мере, до 0,1 мкФ. 1.0 мкФ может быть хорошо попробовать. Эта линия может слишком сильно падать, учитывая сопротивление 10 Ом и L4 / L5. Вы можете даже передать это в VCC для отладки. Единственная причина, по которой резистор (и в меньшей степени ограничитель) - фильтрация электромагнитных помех. При повторном вращении платы вы должны подключить резисторы 10 Ом непосредственно к VDD33, а не через L4 / L5. Резистор 10 Ом и L4 / L5 являются резервными. Переходя непосредственно к VDD33, вы можете предотвратить попадание шума в нагрузочные резисторы, а также упростить оптимизацию фильтрации в этой области.

Вам понадобится больше заглушек на выводе VDDIO или короткое замыкание. Этот вывод обеспечивает питание для многих выводов ввода / вывода и будет иметь большой ток на нем. Если он истощен током из-за LC-фильтра (шарик + 0,4 мкФ), то на выводах ввода-вывода будет много одновременного шума переключения. Это на самом деле вызовет больше шума, чем то, что вы фильтруете с этим шариком. Этот шум даже может попасть на выходы Ethernet.

Убедитесь в правильности выводов на вашем трансформаторе. Хотя это маловероятно, возможно иметь центральный отвод и заменить другой штифт. Стоит потратить 5 минут на проверку. В этом отношении проверьте также распиновку LAN8700.

Если ничего из этого не улучшится, то получите металлический генератор на 25 МГц и замените ваш кристалл. Я видел кристаллы, которые делают странные вещи, так что хотя бы ради спокойствия стоит взломать вашу макетную плату, чтобы убедиться, что ваш clk стабилен.

Это все, что я вижу на данный момент. Надеюсь это поможет!

Мои 2 цента: я согласен с вашей рекомендацией выбрать правильный кварцевый генератор для 25 МГц. Я использовал DP83865DVH от NSC в режиме 1 Гбит, и когда он перешел в нестабильное состояние на длинном тестовом кабеле («особый», низкого качества, 5 кат и около 110 м), замена XTAL имела большое значение. Схема стала очень стабильной, и цена такого «улучшения» составляет всего ~ 10 центов.