Disposición de planos de tierra en conexión Ethernet

Estoy diseñando una placa que tendrá señales analógicas sensibles y un procesador que se comunica con la palabra externa a través de Ethernet y quiero evitar que las corrientes de modo común se acoplen en mis circuitos analógicos. Después de leer algunos consejos de diseño, estos son los bocetos del esquema y el diseño que tienen más sentido para mí. Sin embargo, tengo algunas dudas y busco aclaraciones sobre los siguientes temas:

Esquemas

Disposición

Por favor, tenga en cuenta que el cable Ethernet no está blindado:

  1. El escudo RJ45 se conecta directamente a GND_SHIELD y estará ligado galvánicamente a la carcasa metálica de todo el dispositivo. Esto se hizo para proteger el sistema contra ESD.

  2. El transformador de LAN IC 749020010A que estoy usando integra un estrangulador de modo común en el lado del conector. Algunas guías de diseño señalaron que es importante conectar la derivación central del transformador de los lados del conector al plano de tierra a través de una red RC o C ( ref. 1, página 22 , ref. 2, fig. 47 ), para proporcionar una ruta de baja impedancia a las corrientes de modo común atenuadas. por el estrangulador de entrada. Por lo tanto, conecté las derivaciones centrales al "GND_magnetic" a través de las resistencias y conecté este plano al GND_SHIELD a través del capacitor. Sin embargo, no estoy seguro, porque la segunda referencia especifica que este plano no debe estar conectado al escudo, mientras que la primera referenciapuntos que RC necesita estar conectado al escudo. Además, no estoy seguro de si es necesario tener un plano debajo de las líneas diferenciales de Ethernet, porque puede acoplar el modo común a este plano antes de pasar por el estrangulador.

  3. El GND del sistema está aislado al dominio de voltaje del conector por el IC del transformador LAN y conectado a GND_SHIELD por una perla de ferrita, que evita el alto voltaje debido al plano flotante mientras bloquea la entrada de corriente de modo común de alta frecuencia en el suelo del sistema por esta conexión . Sin embargo, tengo la siguiente duda al respecto: si las corrientes de modo común circulan en el escudo y el plano GND del sistema no está conectado directamente a él, es posible que haya algún rebote de voltaje entre estos. ¿Podría conducir a la intensificación de las emisiones electromagnéticas?

  4. Finalmente: El uso de transformadores/chokes para bloquear corrientes de modo común es muy común en las guías de diseño de la capa física de Ethernet, pero ¿no es común en las guías de diseño de la capa física de USB? ¿Puedo usar la misma metodología de filtrado/aislamiento para la conexión USB? ¿Sería una buena elección?

¡Gracias de antemano!

Respuestas (1)

Sin embargo, tengo la siguiente duda al respecto: si las corrientes de modo común circulan en el escudo y el plano GND del sistema no está conectado directamente a él, es posible que haya algún rebote de voltaje entre estos. ¿Podría conducir a la intensificación de las emisiones electromagnéticas?

Una perla de ferrita no aísla el alto voltaje como sugiere la pregunta, bloquea la alta frecuencia. En un evento de ESD, esto puede bloquear voltajes de alta frecuencia a corto plazo, pero solo puede filtrar y habrá corriente fluyendo a través de la ferrita. La ferrita no tendrá tanto "rebote" como un inductor regular porque el material ferroso tiene histéresis y pérdida y no forma un punto Q RLC como lo haría un inductor regular.

El uso de transformadores/chokes para bloquear las corrientes de modo común es muy común en las guías de diseño de la capa física de Ethernet, pero ¿no es común en las guías de diseño de la capa física de USB? ¿Puedo usar la misma metodología de filtrado/aislamiento para la conexión USB? ¿Sería una buena elección?

Los choques se pueden usar para USB, pero generalmente no se recomiendan por las razones indicadas en el enlace. Nunca he encontrado un buen uso para ellos. Si hay ruido que necesita ser filtrado, entonces use uno (como el ruido de RF). Por lo tanto, no use un estrangulador de modo común a menos que haya una razón para hacerlo (tiene problemas con el ruido en el diagrama de su ojo). Se pueden usar diodos TVS u otros filtros para desviar las corrientes potenciales lejos de los dispositivos electrónicos con USB. El blindaje también debe estar conectado a los puntos apropiados (como la tierra del chasis) para desviar las corrientes ESD lejos de los componentes electrónicos.

Nitpick: muchos, si no la mayoría de los "inductores regulares", usan núcleos de ferrita, aunque la ferrita utilizada para estos puede tener una formulación diferente a la utilizada para las perlas de ferrita. Algunas ferritas también, a menos que esté recordando mal mi clase de magnetismo, en realidad tienen pérdidas por histéresis más bajas que algunos aceros eléctricos, y ciertamente tienen pérdidas por corrientes de Foucault más bajas.
Cuando mencioné el rebote de voltaje, me refería al caso hipotético cuando la corriente de modo común de alta frecuencia hizo que el potencial del escudo rebotara en relación con la tierra del sistema, aislado por la ferrita.
@Hearth El material está diseñado en indicadores de ferrita (si selecciona los correctos) que tienen pérdida (e impedancia) hasta el rango de Hz, supuse que era una pérdida histérica debido a otro trabajo con transformadores, pero ahora yo No estoy 100% seguro. Tendré que investigar eso.
@ laptop2d Debido a que las ferritas tienen una resistividad tan alta, la mayor parte de la pérdida en ellas es histérica, pero la pérdida es muy pequeña. Los inductores que tienen impedancia no significan necesariamente que tengan pérdidas, ya que la impedancia reactiva ideal no tiene pérdidas. Sin embargo, me preguntaría cómo se compara la pérdida histérica en las ferritas con la pérdida de cobre en los devanados, ya que esas numerosas vueltas de alambre muy delgado se suman.
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