ETH PHY Protección durante la condición de "no suministro"

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Mi pregunta es simple: en una configuración típica de ethernet, el conector RJ-45 se conecta a través de algunos transformadores (o llámelo magnético si lo desea) al Ethernet PHY. (que puede ser interno al microcontrolado o un PHY externo).

Ahora, si el dispositivo no está alimentado pero el cable LAN está enchufado (un caso muy común), es posible que aún se envíen paquetes a través de los transformadores que llegan al PHY que no está alimentado. Como suele ser un problema tener niveles distintos de cero en los pines de los circuitos integrados sin alimentación, ¿por qué a nadie le importa en este caso?)

Tenga en cuenta que NO estoy hablando en voz alta sobre la protección contra ESD, porque este último no lo ayudará en este caso.

¡Gracias!

Junius
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Respuestas:

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De hecho, suele ser un problema. Ahora, echemos un vistazo a las hojas de datos de algunos chips PHY, solo para verificar.

Aquí están las calificaciones máximas absolutas de un ETH PHY típico, el KSZ8051 (de Micrel, ahora Microchip):

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Aquí están las calificaciones máximas absolutas de otro, el LAN8720 (lo sé, también es Microchip, pero acaban de comprar a todos, no es mi culpa):

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Entonces, mientras estés dentro de esto, está bien. Y con niveles normales en los pares de ethernet y una polarización adecuada del transformador, debe estar dentro de esto.

Cuando el chip puede dañarse al proporcionar un voltaje de entrada mientras está apagado, la hoja de datos indica algo como VCC + 0.5V como su voltaje de entrada máximo. Aquí, tenemos un valor absoluto, por lo que la tolerancia de voltaje de entrada no depende de si el chip está alimentado o no.

Tenga en cuenta que, en el caso de los PHY de Ethernet, todas las soluciones, por supuesto, tienen esto en cuenta, y ningún PHY puede dañarse cuando hay señal pero no se aplica energía. Esto es lo mismo para los controladores RS-232, RS-485, controladores CAN, etc. Todos son inmunes a este problema, o nadie los compraría.


EDITAR

Disculpas ... Después de algunos intercambios de comentarios con @SimonRichter (ver más abajo), me di cuenta de que, en realidad, lo que digo arriba sería correcto y completo para cualquier tipo de interfaz física, excepto Ethernet. La razón es: hay un transformador para aislar el nodo y el cable. La toma central del transformador generalmente está vinculada al riel de suministro para llevar la señal dentro de las especificaciones del rango de entrada, y todo está bien. Pero cuando el circuito no está alimentado, el riel de suministro es cero y la señal se centra alrededor de la tierra. Por lo tanto, superaría las calificaciones máximas cuando se vuelve negativo.

Entonces comencé a pensar mucho 1 , pero no encontré una explicación.

Lo que garantizo con seguridad es que no es un problema . Los PHY de Ethernet y la señalización de Ethernet están diseñados para que no se rompan cuando un nodo no alimentado está conectado a un nodo alimentado, y no es necesario que tome precauciones particulares en su circuito para estar seguro a este respecto.

Pero es cierto que eché un vistazo a varias hojas de datos PHY, y las calificaciones máximas en realidad no son suficientes para garantizar eso, y nunca vi un capítulo que explica por qué todavía es seguro.

Entonces, bueno, debo admitir que no sé la respuesta completa, en realidad.

Por lo tanto, he establecido una recompensa sobre esa pregunta para que alguien nos explique, con hechos concretos , cómo puede ser seguro o proporcionar pruebas reales de que las hojas de datos carecen de alguna información (como un rango seguro extendido para pares TX / RX que no es seguro). especificado).


1 - Primero, pensé que tal vez los diodos de protección devolverían la señal al alcance. Pero no puede: el grifo central tendría que suministrar todo el circuito, lo que no tiene sentido. Entonces pensé que tal vez el protocolo de detección de enlace se especificaba de una manera que en realidad nunca podría suceder: la señal de Ethernet normal nunca se envía a menos que el otro lado identifique que el nodo distante está realmente activo y alimentado. Pero tampoco tiene sentido: el protocolo de detección de enlaces está utilizando la señalización normal de Ethernet.

oscuro
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@ user3796486 En realidad, leer hojas de datos es un hábito y un arte en sí mismo. Lo que necesita saber al leerlos es que todo lo que está escrito está realmente destinado . Por ejemplo, 5.5V es diferente de Vcc + 0.5V. Y también, ese demonio a menudo está en los detalles.
tenue
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No estoy seguro de que esto también se aplique a los pines analógicos: para uno, no tendría sentido tener clasificaciones máximas asimétricas para una señal acoplada a CA. Curiosamente, no he encontrado ninguna mención de esto en las hojas de datos de los PHY que uso normalmente, pero tener dispositivos conectados sin alimentación nunca ha sido un problema, por lo que anecdata sugiere que está bien.
Simon Richter
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@SimonRichter Hay un sesgo en la toma central del transformador, que cambia la señal y la acerca a las especificaciones. No está centrado alrededor del suelo. Por eso puede ser asimétrico.
tenue
2
@dim, cierto, pero ese sesgo necesitaría ser potenciado.
Simon Richter
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@SimonRichter Oh. Eso es realmente correcto. Bueno, seguro, el último párrafo aún es válido, y no hay necesidad de preocuparse. Pero, bueno ... Sí, es vergonzoso ... Esas hojas de datos, siempre se olvidan de mencionar algunas cosas, ¿no? :)
dim
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Tales circuitos integrados que están protegidos contra sobretensiones en las entradas de datos generalmente incluyen matrices de diodos Schottky internamente. Estas matrices también se venden como circuitos integrados separados . Cada línea de datos está protegida por dos diodos que la vinculan a Vcc y GND:

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Cada vez que el voltaje en la línea de datos aumenta, Vcc se eleva a ese mismo potencial (menos la caída de voltaje del diodo Schottky). Por lo tanto, si la tarjeta Ethernet no tiene alimentación (Vcc = 0), cualquier voltaje en los datos se sujetará o arrastrará Vcc a su nivel. Esta característica a veces se usa en proyectos de pasatiempos para alimentar circuitos integrados a través de pines de datos . Suceden cosas similares cuando el voltaje en el pin de datos cae por debajo de GND. Además, los mismos diodos proporcionan una ruta de descarga que protege las líneas de datos contra ESD.

En el caso de Ethernet, el voltaje en los pines de datos se reducirá efectivamente, ya que la corriente en las líneas de datos es muy limitada. Según la especificación IEEE 802.3 , los niveles de voltaje en las líneas de señal están limitados a +/- 3.5V, lo que equivale a una corriente máxima de 35 mA a través de una carga de 100 Ohm. Esta corriente se atenuará aún más por las pérdidas en los magnetos tanto en el transmisor como en el receptor. En el peor de los casos (sin atenuación), esta corriente deberá ser disipada por los diodos de sujeción.

Dmitry Grigoryev
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Pensé en eso y lo mencioné en la nota al final de mi publicación. Pero esto podría sobrecargar el controlador en el otro extremo del cable, ya que la corriente a través del diodo de protección no está limitada en su esquema. Esto también podría hacer que el diodo de protección se queme. De hecho, los "circuitos integrados de alimentación a través de pines de datos" son válidos si solo alimenta un solo chip. Aquí, debido a que la corriente tiene que pasar por la derivación central, que está vinculada al riel de suministro de todo el sistema , alimentarás todo el sistema a través de este diodo. Lo cual es imposible, por supuesto.
tenue
La corriente está limitada por las propiedades del magnetismo y las propiedades de la señal de entrada. En realidad, la señal será demasiado débil para alimentar toda la placa y se sujetará de forma segura a un valor cercano a cero. Por ejemplo, consulte este diseño de referencia , página 10.
Dmitry Grigoryev
Entonces debe abordar esto en su respuesta (pero con más detalles y justificaciones). De hecho, quiero saber qué artículo (s) en la cadena realmente limitan la corriente y, mejor aún, si este límite seguro se especifica en alguna parte (en las especificaciones de IEEE sin duda, ya que no puedo encontrarlo en ningún PHY ficha de datos).
tenue
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@dim Sí, definitivamente me equivoqué en alguna parte, la caída de voltaje en la carga de 100 Ohm debería ser de alrededor de 3.5V. Arreglaré mi respuesta más tarde cuando tenga tiempo.
Dmitry Grigoryev
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@ user3796486 El bloqueo no es un problema aquí, ya que se disipará rápidamente sin alimentación externa. En general (en dispositivos alimentados), los diodos de sujeción evitarán el enganche hasta cierto punto, pero estadísticamente en un chip grande terminará con una estructura que se engancha a un voltaje por debajo del voltaje directo del diodo de sujeción.
Dmitry Grigoryev