Comment puis-je améliorer cette paire différentielle Ethernet?

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Il s'agit de mon premier projet Ethernet à 100 Mbit / s (je le fais pour en savoir plus sur les signaux différentiels).

J'ai fait deux choses que je ne sais pas si elles sont bonnes ou mauvaises dans ce cas particulier.

L'une consiste à passer sous le transformateur de signal. Il n'est que légèrement à la frontière, mais je n'ai trouvé aucun autre moyen de le router, sans utiliser de vias pour échanger la paire.

Qu'est-ce que tu penses? Il serait préférable d'utiliser des vias (et un décalage d'impédance), ou une route si proche de l'inductance?

De plus, j'ai essayé les outils différentiels de KiCad et j'ai fait correspondre les deux paires à la même longueur (sinon, une piste mesure environ 6 mm de plus). Est-ce une bonne pratique pour Ethernet?

Voici une capture du PCB en ce moment:

C'est le schéma que j'utilise. Il utilise le schéma de référence lan9512. Pour être honnête, je n'ai aucune idée de l'impédance sur ma conception. Je ne sais pas si je dois utiliser 50 ohms ou 100 ohms.

J'inclus le calcul de l'impédance pour un PCB double face, FR4 1,6 mm de hauteur et 1,6 oz de cuivre (35 µm)

Comme vous pouvez le voir, la piste est de 0,8 mm !! - beaucoup trop grand.

C'est la version finale. Piste avec 1,6 mm, écart 0,16 mm (minimum chez mon fournisseur de PCB pas cher).

Merci à tous pour cette précieuse classe de maître. Je vais lire beaucoup sur les paires différentielles.

— Javier Loureiro
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La polarité des données est-elle importante à maintenir dans Ethernet?

— Andy aka

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Que diriez-vous de l'inversion se produit de l'autre côté du transformateur?

— Andy aka

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bonne question, puis-je échanger RX- et RX + et CRX- / CRX + dans mon schéma?

— Javier Loureiro

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@michael: parce que mon plan est d'utiliser 4 ports dans la prochaine version, et je n'ai pas trouvé 4 ports magjacks à un prix raisonnable.

— Javier Loureiro

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J'utiliserais toujours des MagJacks et j'en mettrais juste quatre côte à côte.

— Michael Karas

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Si je devais suggérer comment procéder, je proposerais quelque chose de plus comme ceci:

— Michael Karas
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La retouche d'image intelligente obtient mon vote.

— Andy aka

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Certainement d'accord, la correspondance de longueur ne représente que la moitié de la bataille avec des paires de différences. Si vous avez les mêmes traces de longueur mais que chacune emprunte un itinéraire radicalement différent à travers la carte, il est tout à fait possible que l'une des traces soit soumise à des effets inductifs / capacitifs (etc.) que l'autre trace ne l'est pas. La suggestion de @MichaelKaras est préférable, car tout effet inductif sera ressenti également par les deux traces et sera annulé par la façon dont les paires diff fonctionnent intrinsèquement.

— Wossname

Je vois. le transformateur pourrait affecter les deux traces, mais l'effet ne causera pas de problèmes au maire. +1

— Javier Loureiro

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À propos de l'impédance: vous avez clairement besoin d'un différentiel de 100 Ohms, c'est la même chose que d'un seul fil de 50 Ohms. Vous devez utiliser un "calculateur d'impédance" (par exemple: https://www.eeweb.com/toolbox/microstrip-impedance ). L'épaisseur diélectrique va de la conception de votre PCB. L'épaisseur du cuivre est généralement de 35 um, elle a peu d'effet sur les résultats. La largeur et la séparation des traces sont importantes pour les conceptions RF.

— Maître
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Un autre bon outil est Saturn PCB Toolkit .

— rdtsc

Fait intéressant, USB2.0 et Ethernet (10/100 au moins, pas sûr de GBE) ont des exigences d'impédance caractéristique très similaires, ce qui facilite la vie lorsque vous avez les deux sur une seule conception. D'après mon expérience, l'USB 2.0 a besoin de 90 Ohms +/- 15% et Ethernet est généralement d'environ 100 Ohms, il y a là une fenêtre pratique de chevauchement.

— Wossname

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De plus, vous pouvez toujours demander au fabricant de votre carte de faire les calculs d'impédance pour vous lorsque vous leur soumettez les Gerbers. C'est une chose standard à demander et ils ne vous factureront pas (très probablement). En fait, vous pouvez même leur demander de modifier la largeur de trace pour vous afin de répondre à l'impédance que vous souhaitez.

— Wossname

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A propos de la correspondance de longueur: ce n'est pas aussi important qu'on pourrait le penser. 100MBit Ethernet utilise un taux de symboles de 125 MBaud / s, chaque symbole a une longueur de 8 ns. Par rapport à cela, une longueur de routage différente de 10 mm introduit un décalage de (la vitesse des signaux dans les traces de cuivre est environ la moitié de la vitesse de la lumière) 30 ps seulement, soit moins de 0,5%. Bien que cela réduise légèrement la marge pour obtenir des erreurs de bits sur le récepteur, l'influence est négligeable.

Je préfère me concentrer sur la fourniture (à peu près) de l'impédance correcte. Sans opter pour des PCB contrôlés par impédance plus chers, la meilleure règle de base est la suivante: la distance entre les deux traces doit être la même que leur largeur et la distance jusqu'à la couche de masse suivante doit être un peu plus grande que la largeur des deux traces. Par exemple, des traces de 150 µm, un intervalle de 150 µm, de 200 à 400 µm sur la couche de masse (comme c'est typique sur un PCB de 4 à 8 couches).

— asdfex
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Ok, merci, cette réponse m'aide beaucoup !! Cette carte n'est que de 2 couches (je pense que 4 couches est bien mieux, mais ce n'est qu'un test pour moi). Je prévois de ne pas utiliser un avion au sol sous toutes les traces différentielles (même celles USB).

— Javier Loureiro

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Je conseille fortement d'utiliser le plan de masse sous les traces à grande vitesse.

— Master

@asdfex, j'utilise 0,1 mm FR4 entre les lignes à grande vitesse supérieure et le prochain plan de masse. La largeur de trace pour 50 Ohms (si je me souviens bien) est de 0,16 mm. Cela fonctionne bien, j'ai commandé le contrôle d'impédance plusieurs fois - pas besoin de changer la largeur. La ligne différentielle de 100 Ohms a une largeur de 0,15 mm et une séparation de 0,15 mm. L'utilisation d'un diélectrique de 0,2 à 0,4 mm conduit à un PCB trop épais, même sur 8 couches.

— Master

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@Master Vos traces différentielles de 0,15 / 0,15 et diélectrique de 0,1 mm donnent une impédance d'environ 80 Ohms. Mes 0.15 / 0.15 et 0.2 produisent un 95 Ohms proche de la perfection, encore mieux avec des traces et des intervalles de 0,1 mm. Mon producteur de PCB a une pile par défaut à 8 couches d'une séparation de 180 µm entre chacune des couches, à une hauteur de pile totale de 1,6 mm.

— asdfex

@asdfex, avez-vous mesuré l'impédance ou avez-vous commandé le processus de fabrication du contrôle d'impédance? Je me demande vraiment. La différence entre votre design et le mien est, disons, assez grande. Ma conception n'est pas seulement basée sur des calculs, elle est vérifiée plusieurs fois par le processus de contrôle d'impédance chez le fabricant de PCB. Ils m'ont dit qu'il n'était pas nécessaire de changer la largeur car l'impédance est de 100 Ohms à quelques pour cent près.

— Master

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Aux longueurs et aux vitesses que votre planche verra, cela ne fera probablement pas beaucoup de différence. À 100 Mbits, ce n'est que 50 MHz de bande passante, les traces de correspondance de longueur ne sont généralement pas un problème jusqu'à ce que la différence de longueur devienne une fraction significative de la longueur d'onde (qui à 50 MHz est de 6 mètres, même la 9e harmonique est toujours supérieure à un demi-mètre). Je ne m'en inquiéterais pas.

— Sam
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