在“无电源”状态下的ETH PHY保护


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我的问题很简单:在典型的以太网设置中,RJ-45插孔通过一些变压器(如果需要,可以称其为磁性)连接到以太网PHY。(可能在微控制器内部或外部PHY中)。

现在,如果设备未通电但LAN电缆已插入(非常常见的情况),则在未通电的情况下,可能会有一些数据包通过变压器到达PHY。由于在未供电的IC引脚上具有非零电平时通常会出现问题,因此在这种情况下为什么没人关心?)

请注意,我并不是在谈论ESD保护,因为在这种情况下,后者将无济于事!

谢谢!

Answers:


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确实,这通常是一个问题。现在,让我们看一下一些PHY芯片的数据表,以进行检查。

这是典型的ETH PHY KSZ8051(来自Micrel,现为Microchip)的绝对最大额定值:

在此处输入图片说明

这是另一个LAN8720的绝对最大额定值(我知道,它也是Microchip,但他们只是买了每个人,这不是我的错):

在此处输入图片说明

因此,只要您在其中,就可以了。并且在以太网对上的电平正常且变压器正确偏置的情况下,您应该在此范围内。

如果在断电时提供输入电压会损坏芯片,则数据表将其最大输入电压指示为VCC + 0.5V。在这里,我们有一个绝对值,因此输入电压容差不取决于芯片是否通电。

请注意,对于以太网PHY,当然所有解决方案都应考虑到这一点,并且在没有信号但未施加电源的情况下,不会损坏PHY。对于RS-232,RS-485驱动程序,CAN驱动程序等都是相同的。它们都不受此问题的影响,否则没人会购买。


编辑

抱歉...与@SimonRichter进行了几次评论交流(见下文)后,我意识到,实际上我上面所说的内容对于以太网以外的任何种类的物理接口都是正确且完整的。原因是:有一个变压器将节点和电缆隔离。变压器的中心抽头通常与电源轨相连,以使信号在输入范围规格内,一切都很好。但是,当电路未上电时,电源轨为零,并且信号以接地为中心。因此,当变为负数时,它将超过最大额定值。

因此,我开始认真思考1,但没有找到解释。

我可以肯定的是,这不是问题。以太网PHY和以太网信号的设计使其在未加电的节点连接到加电的节点时不会中断,并且您不必在电路中采取特殊的预防措施来确保这方面的安全。

但是,确实,我看了几个PHY数据表,最大额定值实际上不足以保证这一点,而且我从未见过任何章节解释为什么它仍然安全。

所以,好吧,我必须承认我实际上并不知道完整的答案。

因此,我对这个问题悬赏,所以有人用具体的事实向我们解释了它的安全性,或者提供了数据表缺少某些信息的实际证明(例如,扩展的TX / RX对的安全范围不是指定)。


1-首先,我认为保护二极管可能会将信号带回范围内。但事实并非如此:中央抽头将不得不为整个电路供电,这没有任何意义。然后我以为可能以某种链路检测协议实际上从未发生过的方式进行了指定:除非对方确定远端节点实际上是活动的且已通电,否则永远不会发送正常的以太网信号。但这也没有意义:链路检测协议使用的普通的以太网信令。


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@ user3796486实际上,阅读数据表本身就是一种习惯,也是一门艺术。你需要知道什么时候读他们的是,什么是写的是一切真正意图。例如,5.5V与Vcc + 0.5V不同。而且,这个魔鬼经常出现在细节中。
昏暗的

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我不确定这是否也适用于模拟引脚-例如,对于交流耦合信号具有不对称的最大额定值是没有意义的。有趣的是,我也没有在我通常使用的PHY的数据手册中提到这一点,但是在不加电的情况下连接设备从来都不是问题,因此anecdata认为这很好。
西蒙·里希特

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@SimonRichter变压器中心抽头上有一个偏置,会偏移信号并将其置于规格范围内。它不围绕地面居中。这就是为什么它可以不对称的原因。
昏暗的

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@dim,是的,但是这种偏见需要得到解决。
西蒙·里希特

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@SimonRichter哦。这实际上是对的。好吧,可以肯定的是,最后一段可能仍然有效,因此不必担心。但是,嗯...是的,这很尴尬...那些数据表,他们总是忘记提及一些事情,不是吗?:)
昏暗的

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这类可防止数据输入过压的IC通常在内部包括肖特基二极管阵列。这些阵列也作为单独的IC出售。每条数据线都有两个二极管保护,这些二极管将其连接到Vcc和GND:

在此处输入图片说明

每当数据线上的电压上升时,Vcc就会被上拉至相同的电位(减去肖特基二极管的压降)。因此,如果以太网卡未通电(Vcc = 0),则数据上的任何电压都将被钳位或将Vcc拉至其电平。有时在业余爱好项目中使用此功能,以通过数据引脚IC供电。当数据引脚上的电压低于GND时,也会发生类似的情况。同样,相同的二极管提供了一条放电路径,可以保护数据线免受ESD的影响。

在以太网的情况下,由于数据线中的电流非常有限,因此数据引脚上的电压将被有效地钳位。根据IEEE 802.3规范,信号线上的电压电平限制为+/- 3.5V,这相当于在100欧姆负载下的最大电流为35mA。发射器和接收器中磁电机的损耗将进一步衰减该电流。在最坏的情况下(根本没有衰减),该电流将必须由钳位二极管消散。


我想到了这一点,并在帖子末尾的注释中提到了它。但这可能会使电缆另一端的驱动器过载,因为流经保护二极管的电流在原理图中不受限制。这也很有可能使保护二极管烧毁。实际上,如果仅给单个芯片供电,则“通过数据引脚为IC供电”是有效的。在这里,由于电流必须流经连接到整个系统电源轨的中心抽头,因此您将通过此二极管为整个系统供电。当然,这是不可能的。
暗淡

电流由磁性元件的特性和输入信号的特性的限制。实际上,该信号将太弱而无法为整个电路板供电,并且将被安全地钳位到接近零的值。例如,检查该参考设计,第10页
梅德格里戈里耶夫

然后,您应该在答案中解决此问题(但要提供更多详细信息和理由)。实际上,我想知道链中的哪些项实际上限制了电流,甚至更好的是,是否在某处指定了此安全限制(最肯定的是在IEEE规范中,因为我在任何PHY中都找不到它)数据表)。
暗淡

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@dim是的,我肯定在某处错了,100欧姆负载上的压降应该在3.5V左右。有空的时候我会解决我的答案。
德米特里·格里戈里耶夫

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@ user3796486闩锁在这里不是问题,因为在没有外部电源的情况下它会迅速消散。通常,(在受电设备中)钳位二极管会在某种程度上防止闩锁,但是从统计学上讲,在大芯片上,您将最终获得一种结构,该结构在低于钳位二极管的正向电压的电压下进行闩锁。
德米特里·格里戈里耶夫
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