ETH PHY Schutz bei Nichtversorgung

Meine Frage ist einfach: In einem typischen Ethernet-Setup wird die RJ-45-Buchse über einige Transformatoren (oder wenn Sie möchten Magnetics nennen) mit dem Ethernet-PHY verbunden. (Dies kann sich innerhalb des Mikrocontrollers oder eines externen PHY befinden).

Wenn das Gerät nicht mit Strom versorgt wird, aber das LAN-Kabel angeschlossen ist (ein sehr häufiger Fall), werden möglicherweise immer noch Pakete über die Transformatoren gesendet, die den PHY erreichen, der nicht mit Strom versorgt wird. Da es normalerweise ein Problem ist, wenn die Pins von ICs ohne Stromversorgung ungleich Null sind, warum kümmert es in diesem Fall niemanden?)

Beachten Sie, dass ich NICHT über ESD-Schutz spreche, da letzterer Ihnen in diesem Fall nicht hilft!

Vielen Dank!

In der Tat ist es normalerweise ein Problem. Schauen wir uns nun die Datenblätter einiger PHY-Chips an, um dies zu überprüfen.

Hier sind die absoluten Maximalwerte eines typischen ETH PHY, des KSZ8051 (von Micrel, jetzt Microchip):

Hier sind die absoluten Maximalwerte eines anderen, des LAN8720 (ich weiß, es ist auch Microchip, aber sie haben nur alle gekauft, es ist nicht meine Schuld):

So lange Sie sich darin befinden, ist es in Ordnung. Und mit normalen Pegeln an den Ethernet-Paaren und der richtigen Vorspannung des Transformators sollten Sie sich innerhalb dieser befinden.

Wenn der Chip durch Ausschalten einer Eingangsspannung im ausgeschalteten Zustand beschädigt werden kann, gibt das Datenblatt als maximale Eingangsspannung etwa VCC + 0,5 V an. Hier haben wir einen absoluten Wert, sodass die Eingangsspannungstoleranz nicht davon abhängt, ob der Chip mit Strom versorgt wird oder nicht.

Beachten Sie, dass bei Ethernet-PHYs dies natürlich bei allen Lösungen berücksichtigt wird und kein PHY beschädigt werden kann, wenn ein Signal vorhanden ist, aber kein Strom angelegt wird. Dies gilt auch für RS-232-, RS-485-Treiber, CAN-Treiber usw. Sie sind alle immun gegen dieses Problem, oder niemand würde sie kaufen.

BEARBEITEN

Entschuldigung ... Nach ein paar Kommentaren mit @SimonRichter (siehe unten) wurde mir klar, dass das, was ich oben sage, für jede Art von physischer Schnittstelle außer Ethernet korrekt und vollständig ist . Der Grund ist: Es gibt einen Transformator, um den Knoten und das Kabel zu isolieren. Der mittlere Abgriff des Transformators ist normalerweise mit der Versorgungsschiene verbunden, um das Signal innerhalb der Eingangsbereichsspezifikationen zu bringen, und alles ist in Ordnung. Wenn der Stromkreis nicht mit Strom versorgt wird, ist die Versorgungsschiene Null und das Signal wird um Masse zentriert. Es würde also die maximalen Bewertungen überschreiten, wenn es negativ wird.

Also begann ich nachzudenken ¹ , fand aber keine Erklärung.

Was ich mit Sicherheit garantiere, ist, dass es kein Problem ist . Ethernet-PHYs und Ethernet-Signalisierung sind so konzipiert, dass sie nicht unterbrochen werden, wenn ein nicht mit Strom versorgter Knoten mit einem mit Strom versorgten Knoten verbunden ist, und Sie müssen in Ihrer Schaltung keine besonderen Vorsichtsmaßnahmen treffen, um diesbezüglich sicher zu sein.

Aber es ist wahr, dass ich mir mehrere PHY-Datenblätter angesehen habe und die maximalen Bewertungen nicht ausreichen, um dies zu garantieren, und ich habe nie ein Kapitel gesehen, das erklärt, warum es immer noch sicher ist.

Nun, ich muss zugeben, dass ich die vollständige Antwort eigentlich nicht kenne.

Aus diesem Grund habe ich eine Prämie für diese Frage festgelegt, damit uns jemand mit konkreten Fakten erklärt , wie sie sicher sein kann, oder tatsächliche Beweise dafür liefert, dass den Datenblättern einige Informationen fehlen (z. B. ein erweiterter sicherer Bereich für TX / RX-Paare, der dies nicht ist spezifizierten).

^{1 - Zuerst dachte ich, vielleicht würden die Schutzdioden das Signal wieder in Reichweite bringen. Aber es kann nicht: Der Mittelhahn müsste dann die gesamte Schaltung versorgen, was keinen Sinn ergibt. Dann dachte ich, dass das Verbindungserkennungsprotokoll möglicherweise so spezifiziert wurde, dass es tatsächlich niemals passieren kann: Das normale Ethernet-Signal wird niemals gesendet, es sei denn, die andere Seite erkennt, dass der entfernte Knoten tatsächlich aktiv und mit Strom versorgt ist. Aber es macht keinen Sinn entweder: das Link - Erkennung Protokoll wird mit normaler Ethernet - Signalisierung.}

Solche ICs, die gegen Überspannung an Dateneingängen geschützt sind, enthalten üblicherweise intern Schottky-Dioden-Arrays. Diese Arrays werden auch als separate ICs verkauft . Jede Datenleitung ist durch zwei Dioden geschützt, die sie mit Vcc und GND verbinden:

Immer wenn die Spannung auf der Datenleitung ansteigt, wird Vcc auf das gleiche Potential hochgezogen (abzüglich des Spannungsabfalls der Schottky-Diode). Wenn die Ethernet-Karte nicht mit Strom versorgt wird (Vcc = 0), wird die Spannung an den Daten entweder geklemmt oder Vcc auf ihren Pegel gezogen. Diese Funktion wird manchmal in Hobbyprojekten verwendet, um ICs über Datenpins mit Strom zu versorgen . Ähnliches passiert, wenn die Spannung am Datenstift unter GND fällt. Dieselben Dioden bieten auch einen Entladungspfad, der Datenleitungen vor ESD schützt.

Im Falle von Ethernet wird die Spannung an den Datenpins effektiv verringert, da der Strom in den Datenleitungen sehr begrenzt ist. Gemäß der IEEE 802.3- Spezifikation sind die Spannungspegel auf Signalleitungen auf +/- 3,5 V begrenzt, was einem maximalen Strom von 35 mA über eine 100-Ohm-Last entspricht. Dieser Strom wird durch Verluste in den Magneten sowohl im Sender als auch im Empfänger weiter gedämpft. Im schlimmsten Fall (überhaupt keine Dämpfung) muss dieser Strom von den Klemmdioden abgeführt werden.