ETH PHY Perlindungan selama kondisi "tidak ada pasokan"

Pertanyaan saya sederhana: Dalam pengaturan ethernet yang khas, jack RJ-45 terhubung melalui beberapa transformer (atau sebut saja magnet jika Anda suka) ke Ethernet PHY. (yang mungkin internal ke mikrokontroler atau PHY eksternal).

Sekarang, jika perangkat tidak diberi daya tetapi kabel LAN terpasang (kasus yang sangat umum), mungkin masih ada paket yang dikirim dari transformer yang mencapai PHY yang tidak dialiri daya. Karena biasanya merupakan masalah ketika memiliki level bukan nol pada pin IC yang tidak berdaya, mengapa tidak ada yang peduli dalam kasus ini?)

Perhatikan bahwa saya TIDAK berbicara keras tentang perlindungan ESD, karena yang terakhir tidak akan membantu Anda dalam kasus ini!

Terima kasih!

ethernet Junius
sumber

Jawaban:

Memang, itu biasanya masalah. Sekarang, mari kita lihat lembar data dari beberapa chip PHY, hanya untuk memeriksa.

Berikut adalah Peringkat Maksimum Mutlak dari PHY ETH khas, KSZ8051 (dari Micrel, sekarang Microchip):

Berikut adalah Peringkat Maksimum Mutlak dari yang lain, LAN8720 (Saya tahu, ini juga Microchip, tetapi mereka baru saja membeli semua orang, itu bukan salah saya):

Jadi, selama Anda berada di dalam ini, tidak apa-apa. Dan dengan level normal pada pasangan ethernet dan bias yang tepat pada transformator, Anda harus berada dalam kondisi ini.

Ketika chip dapat rusak dengan memberikan tegangan input saat dimatikan, lembar data menunjukkan sesuatu seperti VCC + 0.5V sebagai tegangan input maksimum. Di sini, kami memiliki nilai absolut, sehingga toleransi tegangan input tidak tergantung apakah chip itu bertenaga atau tidak.

Perhatikan bahwa dalam kasus PHY ethernet, semua solusi tentu saja mempertimbangkan hal ini, dan PHY tidak dapat rusak ketika ada sinyal tetapi tidak ada daya yang diterapkan. Ini sama untuk RS-232, driver RS-485, driver CAN, dll ... Mereka semua kebal terhadap masalah ini, atau tidak ada yang mau membelinya.

EDIT

Permintaan Maaf ... Setelah beberapa pertukaran komentar dengan @SimonRichter (lihat di bawah), saya menyadari bahwa sebenarnya, apa yang saya katakan di atas akan benar dan lengkap untuk semua jenis antarmuka fisik kecuali ethernet. Alasannya adalah: ada transformator untuk mengisolasi simpul dan kabel. Ketuk tengah transformator biasanya diikat ke rel pasokan untuk membawa sinyal dalam spesifikasi rentang input, dan semuanya baik-baik saja. Tetapi ketika sirkuit tidak diberi daya, rel pasokan nol dan sinyal menjadi terpusat di sekitar tanah. Jadi itu akan melebihi peringkat maksimum ketika menjadi negatif.

Jadi saya mulai berpikir keras ¹ , tetapi tidak menemukan penjelasan.

Apa yang saya jamin pasti bukan masalah . Ethernet PHY dan pensinyalan ethernet dirancang sedemikian rupa sehingga tidak terputus ketika sebuah node yang tidak berdaya terhubung ke sebuah node yang berdaya, dan Anda tidak harus mengambil tindakan pencegahan khusus di sirkuit Anda agar aman dalam hal ini.

Tetapi memang benar bahwa saya telah melihat beberapa lembar data PHY, dan peringkat maksimum sebenarnya tidak cukup untuk menjamin itu, dan saya tidak pernah melihat bab yang menjelaskan mengapa masih aman.

Jadi, yah, saya harus akui bahwa saya tidak tahu jawaban lengkapnya, sebenarnya.

Oleh karena itu, saya telah menetapkan hadiah pada pertanyaan itu sehingga seseorang menjelaskan kepada kami, dengan fakta konkret , bagaimana hal itu bisa aman, atau memberikan bukti aktual bahwa lembar data kekurangan beberapa informasi (seperti rentang aman tambahan untuk pasangan TX / RX yang tidak ditentukan).

^{1 - Pertama, saya pikir mungkin dioda perlindungan akan mengembalikan sinyal dalam jangkauan. Tapi itu tidak bisa: tap pusat harus memasok seluruh rangkaian, yang tidak masuk akal. Lalu saya pikir mungkin protokol deteksi tautan telah ditentukan dengan cara yang sebenarnya tidak pernah bisa terjadi: sinyal ethernet normal tidak pernah dikirim kecuali pihak lain mengidentifikasi bahwa node jauh sebenarnya aktif dan aktif. Tapi itu tidak masuk akal baik: protokol deteksi Link yang menggunakan ethernet sinyal normal.}

redup
sumber

@ user3796486 Sebenarnya, membaca lembar data adalah kebiasaan dan seni itu sendiri. Yang perlu Anda ketahui saat membacanya adalah bahwa semua yang ditulis benar - benar dimaksudkan . Sebagai contoh, 5.5V berbeda dari Vcc + 0.5V. Dan juga, iblis itu sering ada dalam perinciannya.

redup

Saya tidak yakin bahwa ini juga berlaku untuk pin analog - untuk satu, tidak masuk akal untuk memiliki peringkat maksimum asimetris untuk sinyal AC. Menariknya, saya tidak menemukan ini dalam lembar data untuk PHY yang biasanya saya gunakan, tetapi memiliki perangkat yang terhubung saat tidak berdaya tidak pernah menjadi masalah, jadi anecdata menyarankan itu baik-baik saja.

Simon Richter

@SimonRichter Ada bias pada tap pusat transformator, yang menggeser sinyal dan membawanya dalam spesifikasi. Itu tidak berpusat di sekitar tanah. Inilah sebabnya mengapa bisa asimetris.

redup

@dim, benar, tapi itu bias perlu diaktifkan.

Simon Richter

@SimonRichter Oh. Sebenarnya itu benar sekali. Yah, pasti, mungkin paragraf terakhir masih valid, dan tidak perlu khawatir. Tapi, yah ... Ya, itu memalukan ... Lembar data itu, mereka selalu lupa menyebutkan beberapa hal, bukan? :)

redup

IC seperti itu yang dilindungi terhadap tegangan lebih pada input data biasanya termasuk array dioda Schottky secara internal. Array ini juga dijual sebagai IC terpisah . Setiap jalur data dilindungi oleh dua dioda yang mengikatnya dengan Vcc dan GND:

Setiap kali tegangan pada saluran data naik, Vcc ditarik ke potensial yang sama (minus penurunan tegangan dioda Schottky). Jadi jika kartu Ethernet tidak berdaya (Vcc = 0), tegangan apa pun pada data akan dijepit atau tarik Vcc ke levelnya. Fitur ini kadang-kadang digunakan dalam proyek hobi untuk memberi daya pada IC melalui pin data . Hal serupa terjadi ketika tegangan pada pin data berada di bawah GND. Juga, dioda yang sama menyediakan jalur pembuangan yang melindungi jalur data terhadap ESD.

Dalam kasus Ethernet, tegangan pada pin data akan secara efektif dijepit, karena arus di jalur data sangat terbatas. Menurut spesifikasi IEEE 802.3 , level tegangan pada jalur sinyal terbatas pada +/- 3.5V, yang berarti arus maksimum 35mA melintasi beban 100 Ohm. Arus ini akan semakin dilemahkan oleh kerugian pada magneto baik di pemancar dan penerima. Dalam kasus terburuk (tidak ada pelemahan sama sekali) arus ini harus dihamburkan oleh dioda penjepit.

Dmitry Grigoryev
sumber

Saya memikirkan hal itu, dan saya menyebutkannya di catatan di akhir posting saya. Tapi ini bisa membebani driver di ujung kabel, karena arus melalui dioda perlindungan tidak terbatas dalam skema Anda. Ini juga kemungkinan besar membuat perlindungan dioda terbakar. Bahkan, "IC daya melalui pin data" valid jika Anda hanya menyalakan satu chip. Di sini, karena arus harus melalui keran tengah, yang terikat pada rel pasokan seluruh sistem , Anda akan memberi daya seluruh sistem melalui dioda ini. Tentu saja itu tidak mungkin.

redup

Saat ini dibatasi oleh sifat-sifat magnet dan sifat dari sinyal input. Pada kenyataannya, sinyal akan terlalu lemah untuk menyalakan seluruh papan dan akan dengan aman dijepit ke nilai mendekati nol. Sebagai contoh, periksa desain referensi ini , halaman 10.

Dmitry Grigoryev

Maka Anda harus mengatasi ini dalam jawaban Anda (tetapi dengan lebih banyak detail dan pembenaran) Sebenarnya, saya ingin tahu item apa dalam rantai yang benar-benar membatasi arus, dan, bahkan lebih baik, apakah batas aman ini ditentukan di suatu tempat (dalam spesifikasi IEEE paling pasti, karena saya tidak dapat menemukannya di PHY mana pun lembaran data).

redup

@ ya Yap, saya pasti salah di suatu tempat, drop tegangan pada beban 100 Ohm harus sekitar 3.5V. Saya akan memperbaiki jawaban saya nanti ketika saya punya waktu.

Dmitry Grigoryev

@ user3796486 Latch-up bukan masalah di sini karena akan cepat hilang tanpa daya eksternal. Secara umum (dalam perangkat bertenaga), dioda penjepit akan mencegah kait sampai batas tertentu, tetapi secara statistik pada chip besar Anda akan berakhir dengan struktur yang terkunci pada tegangan di bawah tegangan maju dari dioda penjepit.

Dmitry Grigoryev