Wie kann ich dieses Ethernet-Differenzpaar verbessern?

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Dies ist mein erstes 100-Mbit / s-Ethernet-Projekt (ich mache es, um mehr über Differenzsignale zu erfahren).

Ich habe zwei Dinge getan, von denen ich nicht weiß, ob sie in diesem speziellen Fall gut oder schlecht sind.

Eine ist unter dem Signaltransformator zu verlegen. Es ist nur leicht an der Grenze, aber ich habe keine andere Möglichkeit gefunden, es zu routen, ohne Vias zu verwenden, um das Paar zu tauschen.

Was denkst du? Es wäre besser, Durchkontaktierungen (und eine Impedanzfehlanpassung) zu verwenden oder so nahe an der Induktivität zu verlegen.

Außerdem habe ich die Differentialwerkzeuge in KiCad ausprobiert und beide Paare auf dieselbe Länge abgestimmt (ansonsten ist eine Spur etwa 6 mm länger). Ist dies eine gute Praxis für Ethernet?

Dies ist eine Momentaufnahme der Leiterplatte:

Dies ist das Schema, das ich verwende. Es wird das Referenzschema lan9512 verwendet. Um ehrlich zu sein, habe ich keine Ahnung von der Impedanz meines Designs. Ich bin mir nicht sicher, ob ich 50 Ohm oder 100 Ohm verwenden muss.

Ich beziehe die Impedanzberechnung für eine doppelseitige Leiterplatte ein, FR4 1,6 mm hoch und 1,6 oz Kupfer (35 µm)

Wie Sie sehen können, ist die Spur mit 0,8 mm !! - viel zu groß.

Dies ist die endgültige Version. Schiene mit 1,6 mm, Spalt 0,16 mm (Minimum bei meinem günstigen Leiterplattenanbieter).

Vielen Dank an alle für diese wertvolle Meisterklasse. Ich werde viel über differentielle Paare lesen.

— Javier Loureiro
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Ist die Datenpolarität im Ethernet wichtig?

— Andy aka

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Wie wäre es mit der Umkehrung auf der anderen Seite des Transformators?

— Andy aka

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gute frage, kann ich in meinem schema RX- und RX + und CRX- / CRX + tauschen?

— Javier Loureiro

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@michael: weil ich vorhabe 4 ports in der nächsten version zu nutzen und ich keine 4 port magjacks zu einem vernünftigen preis gefunden habe.

— Javier Loureiro

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Ich würde immer noch MagJacks verwenden und nur vier davon nebeneinander stellen.

— Michael Karas

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Wenn ich vorschlagen würde, wie dies weitergeleitet werden soll, würde ich etwas Ähnliches vorschlagen:

— Michael Karas
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Clevere Bildbearbeitung bekommt meine Stimme.

— Andy aka

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Auf jeden Fall zustimmen, Längenanpassung ist nur die halbe Miete für Diff-Paare. Wenn Sie Leiterbahnen mit derselben Länge haben, aber jede eine radikal andere Route auf der ganzen Linie nimmt, ist es durchaus möglich, dass eine der Leiterbahnen induktiven / kapazitiven (usw.) Effekten unterworfen ist, die die andere nicht hat. @MichaelKaras 'Vorschlag ist vorzuziehen, da alle induktiven Effekte von beiden Spuren gleichermaßen wahrgenommen werden und durch die Art und Weise ausgeglichen werden, wie Diff-Paare intrinsisch funktionieren.

— Wossname

Aha. Der Transformator könnte beide Spuren beeinflussen, aber der Effekt verursacht keine Probleme mit den Bürgermeistern. +1

— Javier Loureiro

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Über Impedanz: Sie benötigen eindeutig 100 Ohm Differenz, es ist das gleiche wie 50 Ohm Einzeldraht. Sie müssen einen "Impedanzrechner" verwenden (zum Beispiel: https://www.eeweb.com/toolbox/microstrip-impedance ). Die dielektrische Dicke ergibt sich aus Ihrem PCB-Design. Die Kupferdicke beträgt typischerweise 35 um, was sich nur geringfügig auf die Ergebnisse auswirkt. Die Leiterbahnbreite und der Leiterbahnabstand spielen bei HF-Designs eine Rolle.

— Meister
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Ein weiteres gutes Werkzeug ist das Saturn PCB Toolkit .

— Rdtsc

Interessanterweise haben USB2.0 und Ethernet (mindestens 10/100, nicht sicher über GBE) sehr ähnliche Anforderungen an die charakteristische Impedanz, was das Leben erleichtert, wenn Sie beide auf einem einzigen Design haben. Meiner Erfahrung nach benötigt USB2.0 90 Ohm +/- 15% und Ethernet liegt normalerweise bei 100 Ohm, da gibt es ein praktisches Überlappungsfenster.

— Wossname

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Sie können Ihren Board-Hersteller auch jederzeit bitten, die Impedanzberechnungen für Sie durchzuführen, wenn Sie die Gerbers an ihn senden. Dies ist eine Standard-Sache, um die man bittet, und sie werden Sie (höchstwahrscheinlich) nicht dafür bezahlen. Tatsächlich können Sie sie sogar bitten, die Spurbreite für Sie zu ändern, um die gewünschte Impedanz zu erreichen.

— Wossname

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Über Längenanpassung: Dies ist nicht so wichtig, wie man denkt. 100MBit Ethernet verwendet eine Symbolrate von 125 MBaud / s, jedes Symbol ist 8 ns lang. Im Vergleich dazu führt eine 10 mm unterschiedliche Routing-Länge zu einem Versatz von (die Geschwindigkeit der Signale in Kupferspuren ist ungefähr halb so hoch wie die Lichtgeschwindigkeit) nur 30 ps oder weniger als 0,5%. Während dies den Spielraum für Bitfehler im Empfänger geringfügig verringert, ist der Einfluss vernachlässigbar.

Ich würde mich eher darauf konzentrieren, (ungefähr) die richtige Impedanz bereitzustellen. Ohne teurere, impedanzgesteuerte Leiterplatten zu wählen, lautet die beste Faustregel: Der Abstand zwischen beiden Leiterbahnen sollte der Breite entsprechen, und der Abstand zur nächsten Grundschicht sollte etwas größer sein als die Breite der beiden Leiterbahnen. ZB 150um Leiterbahnen, 150um Lücke, 200-400um zur Grundschicht (wie es bei einer 4 bis 8-lagigen Leiterplatte typisch ist).

— asdfex
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Ok, danke, diese Antwort hilft mir sehr !! Dieses Board besteht nur aus 2 Schichten (ich glaube, dass 4 Schichten viel besser sind, aber dies ist nur ein Test für mich). Ich plane, keine Grundebene unter allen differentiellen Spuren (sogar USB-Spuren) zu verwenden.

— Javier Loureiro

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Es wird dringend empfohlen, die Grundplatte unter Hochgeschwindigkeitsspuren zu verwenden.

— Master

@asdfex, ich benutze 0,1 mm FR4 zwischen den Hochgeschwindigkeitsleitungen und der nächsten Grundebene. Die Leiterbahnbreite für 50 Ohm (wie ich mich erinnere) beträgt 0,16 mm. Das funktioniert einwandfrei, ich habe die Impedanzkontrolle mehrmals bestellt - die Breite muss nicht geändert werden. Die Differenzleitung mit 100 Ohm hat eine Breite von 0,15 mm und einen Abstand von 0,15 mm. Die Verwendung eines Dielektrikums von 0,2 bis 0,4 mm führt zu einer zu dicken Leiterplatte, selbst auf 8 Schichten.

— Master

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@Master Ihr Differential 0,15 / 0,15 Leiterbahnen und 0,1 mm Dielektrikum ergibt eine Impedanz von ca. 80 Ohm. Meine 0,15 / 0,15 und 0,2 ergeben nahezu perfekte 95 Ohm, noch besser mit 0,1 mm Spuren und Lücken. Mein Leiterplattenhersteller verfügt standardmäßig über einen 8-Lagen-Stapel mit einem Abstand von 180 um zwischen den einzelnen Lagen bei einer Stapelhöhe von insgesamt 1,6 mm.

— Asdfex

@asdfex, haben Sie die Impedanz gemessen oder den Herstellungsprozess für die Impedanzkontrolle bestellt? Ich frage mich wirklich. Der Unterschied zwischen Ihrem Design und meinem Design ist zum Beispiel ziemlich groß. Mein Design basiert nicht nur auf Berechnungen, es wird auch mehrmals durch den Impedanzkontrollprozess beim Leiterplattenhersteller verifiziert. Sie sagten mir, dass ich die Breite nicht ändern muss, da die Impedanz innerhalb weniger Prozent 100 Ohm beträgt.

— Master

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Bei den Längen und Geschwindigkeiten, die Ihr Board sehen wird, wird es wahrscheinlich keinen großen Unterschied machen. Bei 100 MBit, das sind nur 50 MHz Bandbreite, sind Längenanpassungsspuren normalerweise kein Problem, bis der Längenunterschied zu einem bedeutenden Bruchteil der Wellenlänge wird (bei 50 MHz sind es 6 Meter, sogar die 9. Harmonische ist immer noch über einem halben Meter). Ich würde mir darüber keine Sorgen machen.

— Sam
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