网口电路BOB SMITH分析

网口电路/BobSmith电路思考及测

试

硬件工程师炼成之路2023-0810。9:16918阅读4赞7收臧0评论

网口电路就是我们硬件设计时经常见到的10M/100M/1000MWAN口防护电路,

常包含网口变压器、RJ45端子、电阻、高压电容、普逋电容和电感，具体电路

形态如后面的描述：

根据中心抽头的处理形式，我们一般分为电压型和电流型。

(1)电流型

电流型请注意在PHY侧，网口变压器(Transformer)中心抽头是上拉到Vcc

电源的；上拉电源大小取决于CPU端驱动能力的大小，有的是1.8V,有的是2.

5V,也有其他的电压，此处不再一一赘述。

(1)电压型

电压型的是接电容到地，不接电源。电容的大小一般是100nF,如果EMC测试

不过也可以尝试其他值。电流型与电压型的差异在于靠近PHY侧的网络变压器

中心抽头，电流型是接电源Vcc,电压型接电容到地。

BobSmith电路的作用是什么？

(1)阻抗变换：这一点，我在很多资料上看到，但是实际在我后来险证实验中,

发现这一点不对，在后续会详细描述。

(2)浪涌防护；这一点是绝对准确的，请看后续详细分析过程。

(3)降低EMC测试辐射这一点也是正确的。

阻抗变换

验证一

第一个阻抗概念：大家持有阻抗变换的原因是，网口必然搭配网线，而网线的阻

抗是双绞线的75欧姆，此时的75欧姆讲的是双绞线差分阻抗；

第二个阻抗概念：在PCB板上，两对差分线阻抗，每个都是100欧姆的差分阻

抗，单端阻抗未说明；

第三个阻抗概念：网口RJ45端子，对于百兆来讲，两两相接，再连接75欧姆

电阻过高压电容到地，此时的75欧姆阻抗，是干什么用的？

第四个阻抗概念:靠近RJ45端子那边的网络变压器中心抽头连接75欧姆阻阻，

过电容到地，这个75欧姆又是做什么的？

第五个阻抗概念：千兆网口无法连接两个75欧电阻，但是差分阻抗也是100欧

姆，又怎么讲？

以上提到的阻抗前3点都是BobSmith电路提到的，但是实际上没人说的清楚

为什么是75欧姆？而我也认为75欧姆用来阻抗变换是不对的，因为双绞线是7

5欧姆，但是板子上是100欧姆，变压器是1：1绕组，怎么变换，完全没道理。

况且，是不是如果此处不是75欧姆电阻，而是直接去掉、变成50欧姆或者宜

接100欧姆，此时是不是就不满足阻抗变换为此我进行如下验证：

网口一致性测试验证

网口一致性测试，该测试用以判定网口电路的综合物理层连接指标，包含眼图、

上升沿、下降沿、上冲、下冲、平衡度和传输抖动等指标。（可以参考链接中的

泰克官网介绍）

在高速信号传输中，我们知道，如果存在过充及下冲，则一定是信号传输阻抗发

土变化，阻抗不匹配，进而导致信号出现反射等问题。所以我从下面三组处理中，

分别测试网口一致性指标：

（1）保留RJ45和网络变压器之间的4个电阻和1个电容;

（2）去掉网口RJ45端子未使用的4个pin,两两相连的2个电阻;

（3）去掉所有的4个电阻和1个电容。

此时网U一致性数据如下:

TestSpec.RangeMeasuredV^lueMeasuredValueMeasuredX?alue

(1)(2)(3)

AOI模板FittemplatePassPassPass

输出正电平幅度950mV~1050mV959.9mV936.6mV966.7mV

检出负电平幅度-950mV-1050m-969.5mV-969.3mV-967.4mV

V

幅度对称度0.98-1.020.9900.9940.999

上升时间-正3ns-5ns3.87ns3.91ns3.84ns

上升时间-负3ns-5ns3.87ns3.81ns3.87ns

下降时间-正3ns-5ns3.73ns3.74ns3.75ns

下降时间-负3ns-5ns3.73ns3.74ns3.74ns

上升，下降时间<500ps143ps168ps95.Ips

对称度（一）

上升，下降时间<500ps188ps6S.8ps138ps

对称度（-）

过冲（+）<5%1.53%1.45%0.82%

过冲（-）<5%1.13%0.8%1.76%

发送抖动（-）<1.4ns540ps480ps510ps

发送抖动（・）<1.4ns500ps510ps530ps

占空比失真度<5OOps(--250ps160ps160ps213ps

（DutyCycle）)|_

上表中的数据为实际数据，此时可以看出在结果比对中，分别为以上三种时，结

果基本上变化很小，且网口一致性指标都是测试通过的，而且如果真的BobS

mith电路是有阻抗变换的作用的，我的以上操作（保留阻容、去掉也阻、去掉

电阻电容）完全破环了阻抗平衡，但是实际上对网口一致性指标没有多大的影响，

这是我认为该电路不具有阻抗变换的第一个原因。

验证二

还有，如果是阻抗变换，则我把75欧姆电阻换成其他直，是不是也会发生网口

一致性测试不合格的情况。为此我做了如下实验：

(1)将75欧电阻换成50欧姆;

(2)将75欧电阻换成100欧姆的实际测试结果。

TestSpec.Rai^eMeasuredValueMeasuredValueMeasuredValue

(1)(2；(3)

AOITemplateFittemplatePassPassPass

OutputVok950mV-1050mV959.9mV983.5mV961.9mV

OutputVol--950mV-1050m-969.5mV-989.2mV-961.5mV

V

Ampltude0.98-1.020.9900.9941

Symmetry

RiseTime(+)3ns-5ns3.87ns3.86ns3.89ns

RiseTime(-)3ns-5ns3.87ns3.82ns3.89ns

FaUTime(+)3ns-5ns3.73ns3.73ns3.73ns

FallTime(-)3ns-5ns3.73ns3.7ns3.78ns

Risefall<500ps143ps129ps154ps

Symmetry(一)

Risefall<500ps188ps12Ips109ps

Symmetry(-)

O\ershoot(一)<5%1.53%1.44%1.14%

Oxershoot(-)<5%1.13%1.48%1%

TransmitJitter<1.4ns540ps500ps500ps

(十)

TransmitJitter<1.4ns500ps460ps580ps

(-)

Distortion(Dutyv500ps(--250ps160ps160ps160ps

Cycle))

如上图所示，实际结果并不是如我们设想的那样，换成50欧和100欧之后，网

口一致性测试未通过，而是75欧、50欧、100欧时网口一致性测试全部通过「，

则说明该电路有阻抗变换的作用又行不通了。实际上以上结果在某些测试项目上

50欧或者100欧甚至于要好于电阻为75欧时，所以再一次验证了该电路有阻

抗变换作用是不正确的。

还有一点就是千兆网8条信号线都使用了，此时75欧电阻都没有地方接了，但

是这一点是通用的做法，为什么不考虑阻抗特性了。

另外我还进行网口pingIP包测试，也无延迟，链路正常。

浪涌防护

IEC61000-4-5为电子产品雷击浪涌测试标准，具体请查看链接对应说明。在进

行通信端口浪涌防护能力测试时，需要进行共模和差模测试两组测试，测试次数

依据各公司和专业认证测试公司，一般是正负各5次。一般而言我们要进行共模

4KV（电压等级）和差模2KV（电压等级）的测试，下面将会介绍共模测试和差

模测试。

共模防护

共模测试就是将网口用测试工装将8条线全部接在一起，在8条线结点和主板

地之间加上4KV标准定义波形电压，测试电压波形见通讯端口浪涌测试相关标

准，此时浪涌的泄放路径是什么呢？如下图：

因为8条线接在一起，所以浪涌方向一致，因此以1条信号线（蓝色）和1条

未连接线（绿色）做浪涌泄放的说明。

蓝色信号线浪涌泄放：浪涌是先经过变压器一端，从中心抽头出来，再经过75

欧电阻和高压电容到地；所以需要变压器、电阻、电容都能抗住4KV浪涌冲击。

绿色线浪涌泄放：浪涌泄放是先经过电阻，再经过电容直接到地，因此需要电阻

和电容能抵抗住4KV浪涌冲击。

差模防护

差模测试是在传输数据的差分线上测试，一端接2KV1E,一端接2KV负极；百

兆网口测试2组、千兆网口测试4组。百兆网口测试如下图：

<1

bead

*'■lul

activeWV

link

3.3v

下面以•组差分线作说明.

蓝色为网络变压器右侧浪涌路径，可以看到需要抗住2KV浪涌，必须要网络变

压器自己可以抵抗，因为没有其余泄放路径。

绿色为网络变压器左侧浪涌路径，也就是靠近CPU端=1；因为差模直接通过变

压器耦合到CPU一侧线圈，所以此时上图中的CPU两个引脚必须抵抗2KV冲

击，但是为了保护C