ETH PHY Bảo vệ trong suốt thời gian không có điều kiện cung cấp

Câu hỏi của tôi rất đơn giản: Trong một thiết lập ethernet thông thường, giắc cắm RJ-45 kết nối thông qua một số máy biến áp (hoặc gọi nó là từ tính nếu bạn muốn) với Ethernet PHY. (có thể là nội bộ của vi điều khiển hoặc PHY bên ngoài).

Bây giờ, nếu thiết bị không được cấp nguồn nhưng cáp LAN đã được cắm (một trường hợp rất phổ biến), vẫn có thể có các gói được gửi cho các máy biến áp đạt PHY whcih không được cấp nguồn. Vì nó thường là một vấn đề khi có các mức độ khác nhau trên các chân của IC không được cấp nguồn, tại sao không ai quan tâm trong trường hợp này?)

Lưu ý rằng tôi KHÔNG nói quá nhiều về bảo vệ ESD, vì sau này sẽ thắng giúp bạn trong trường hợp này!

Cảm ơn!

Thật vậy, nó thường là một vấn đề. Bây giờ, chúng ta hãy xem dữ liệu của một số chip PHY, chỉ để kiểm tra.

Dưới đây là Xếp hạng tối đa tuyệt đối của ETH PHY điển hình, KSZ8051 (từ Micrel, giờ là Microchip):

Đây là Xếp hạng tối đa tuyệt đối của một loại khác, LAN8720 (Tôi biết, đó cũng là Microchip, nhưng họ chỉ mua cho mọi người, đó không phải là lỗi của tôi):

Vì vậy, miễn là bạn ở trong này, nó là tốt. Và với các mức bình thường trên các cặp ethernet và độ lệch thích hợp của máy biến áp, bạn nên ở trong số này.

Khi chip có thể bị hỏng bằng cách cung cấp điện áp đầu vào trong khi tắt nguồn, biểu dữ liệu biểu thị một cái gì đó giống như VCC + 0,5V là điện áp đầu vào tối đa của nó. Ở đây, chúng ta có một giá trị tuyệt đối, do đó dung sai điện áp đầu vào không phụ thuộc vào việc chip có được cấp nguồn hay không.

Lưu ý rằng trong trường hợp PHY ethernet, tất cả các giải pháp tất nhiên đều tính đến điều này và không PHY nào có thể bị hỏng khi có tín hiệu nhưng không có nguồn điện. Điều này cũng tương tự đối với trình điều khiển RS-232, RS-485, trình điều khiển CAN, v.v ... Tất cả đều miễn dịch với vấn đề này hoặc không ai sẽ mua chúng.

BIÊN TẬP

Xin lỗi ... Sau một vài trao đổi bình luận với @SimonRichter (xem bên dưới), tôi nhận ra rằng thực sự, những gì tôi nói ở trên sẽ chính xác và đầy đủ cho bất kỳ loại giao diện vật lý nào ngoại trừ ethernet. Lý do là: có một máy biến áp để cách ly nút và cáp. Vòi trung tâm của máy biến áp thường được gắn với đường ray cung cấp để đưa tín hiệu trong phạm vi thông số kỹ thuật đầu vào, và tất cả đều ổn. Nhưng khi mạch không được cấp nguồn, đường ray cung cấp bằng không và tín hiệu trở thành trung tâm xung quanh mặt đất. Vì vậy, nó sẽ vượt quá xếp hạng tối đa khi đi tiêu cực.

Vì vậy, tôi bắt đầu suy nghĩ khó khăn ¹ , nhưng không tìm thấy lời giải thích.

Điều tôi đảm bảo chắc chắn là nó không phải là vấn đề . Ethernet PHY và tín hiệu ethernet được thiết kế sao cho nó không bị hỏng khi nút không được cấp nguồn được kết nối với nút được cấp nguồn và bạn không phải thực hiện các biện pháp phòng ngừa cụ thể trong mạch của mình để đảm bảo an toàn về mặt này.

Nhưng sự thật là tôi đã xem qua một số bảng dữ liệu PHY và xếp hạng tối đa không thực sự đủ để đảm bảo điều đó và tôi chưa bao giờ thấy một chương giải thích tại sao nó vẫn an toàn.

Vì vậy, tốt, tôi phải thừa nhận rằng tôi thực sự không biết câu trả lời đầy đủ.

Do đó, tôi đã đặt tiền thưởng cho câu hỏi đó để ai đó giải thích cho chúng tôi, với sự thật cụ thể , làm thế nào nó có thể an toàn hoặc cung cấp bằng chứng thực tế rằng các bảng dữ liệu đang thiếu một số thông tin (như phạm vi an toàn mở rộng cho các cặp TX / RX không phải là quy định).

^{1 - Đầu tiên, tôi nghĩ có lẽ các điốt bảo vệ sẽ mang lại tín hiệu trong phạm vi. Nhưng nó không thể: vòi trung tâm sau đó sẽ phải cung cấp toàn bộ mạch, điều này không có ý nghĩa. Sau đó, tôi nghĩ có lẽ giao thức phát hiện liên kết đã được chỉ định theo cách mà nó thực sự không bao giờ có thể xảy ra: tín hiệu ethernet bình thường không bao giờ được gửi trừ khi phía bên kia xác định rằng nút xa thực sự đang hoạt động và được cấp nguồn. Nhưng nó cũng không có nghĩa gì: giao thức phát hiện liên kết đang sử dụng tín hiệu ethernet bình thường.}

Các IC như vậy được bảo vệ chống quá áp trên đầu vào dữ liệu thường bao gồm các mảng diode Schottky bên trong. Các mảng này cũng được bán dưới dạng IC riêng biệt . Mỗi dòng dữ liệu được bảo vệ bởi hai điốt buộc nó vào Vcc và GND:

Bất cứ khi nào điện áp trên đường dữ liệu tăng lên, Vcc được kéo lên cùng tiềm năng đó (trừ đi sự sụt giảm điện áp của diode Schottky). Vì vậy, nếu thẻ Ethernet không được cấp nguồn (Vcc = 0), bất kỳ điện áp nào trên dữ liệu sẽ được kẹp hoặc kéo Vcc về mức của nó. Tính năng này đôi khi được sử dụng trong các dự án sở thích để cấp nguồn cho IC thông qua các chân dữ liệu . Điều tương tự xảy ra khi điện áp trên chân dữ liệu xuống dưới GND. Ngoài ra, các điốt giống nhau cung cấp một đường phóng điện bảo vệ các dòng dữ liệu chống lại ESD.

Trong trường hợp của Ethernet, điện áp trên các chân dữ liệu sẽ được kẹp xuống một cách hiệu quả, vì dòng điện trong các dòng dữ liệu rất hạn chế. Theo thông số kỹ thuật của IEEE 802.3 , các mức điện áp trên các đường tín hiệu được giới hạn ở mức +/- 3.5V, tương đương với dòng điện tối đa 35mA trong một tải 100 Ohm. Dòng điện này sẽ bị suy giảm thêm do tổn thất từ ​​tính trong cả máy phát và máy thu. Trong trường hợp xấu nhất (không suy giảm chút nào) dòng điện này sẽ phải bị tiêu tan bởi các điốt kẹp.