眼图不好,从哪里开始看?

电器工程 以太网 定时 信号完整性 故障排除
2022-01-18 08:14:55

我正在尝试调试 100Mbit 以太网板,但遇到了一个我无法解决的问题。

tx 对眼图 示意图

这是发送对的眼图。接收对非常相似。这是一个 LAN8700 PHY,我已经有效地禁用了 MII 接口,所以 PHY 正在传输空闲代码序列。根据数据表,它被强制为 100Mbit/FDX。100Mbit/HDX 是相同的。

更正:该设计使用 LAN8700 的内部 1.8V 电源为其 VDD_CORE 网络供电;在我之前的描述中,我一定是混淆了 1.8V 逻辑电源和 VDD_CORE 电源。在我看来,电源噪声的可能性并不高,因为高、零和低电平实际上相当不错。也就是说,眼睛没有“被压扁”。违规看起来都是非常好的转换,只是及时“倾斜”,这让我认为问题出在晶体或 PHY 中晶体驱动器/PLL 的电源上。

如果我让眼图运行(大约 15 分钟),掩膜中的违规“填充”,这样您在图片中看到的白色违规变成蓝色掩码右侧的白色 V 形 (>) 形状。这将告诉我,计时误差或多或少是随机分布的,而不是某种离散噪声将计时从准确的数量上拉下来。

PHY 使用的晶体具有 30ppm 规格,完全符合 100ppm 802.3 规格,甚至在 PHY 指定的 50ppm 推荐规格范围内。我使用的负载电容器与晶体所寻找的相匹配,并且非常接近 LAN8700 指定的标称电容。

在我禁用 MII 界面之前,我会看到框架错误(正如我的 Linux 的 ifconfig 程序所报告的那样)。如果我强制链接到 10Mbit,则没有错误。

我注意到的一件非常奇怪的事情是,如果我将示波器设置为触发从 PHY 到 MAC 的 RX_ER(接收错误)信号,即使帧错误在 MAC 报告中累积,它也不会发出错误信号。现在通过阅读 PHY 的数据表,很明显实际上很少有 RX_ER 会断言的情况,但我发现很难相信像我看到的那样的眼图错误实际上是在 PHY 和MAC。

我确实了解眼图的基础知识,但我正在寻找一些更有经验的海报,希望他们能够分享他们在将特定眼图模板违规转换为可能的来源方面的一些经验。

(编辑:添加原理图,更正 VDD_CORE 电源)

2个回答

我看到许多可能导致您看到的眼图问题的事情。没有“确凿证据”,但有些事情可能会搞砸。

您在 RJ-45 的未使用引脚和变压器的中心抽头上有 0.01 uF 电容(C211、C212、C214 和 C217)。我建议缩短这些上限。您在这里使用大写字母是不寻常的,可能会在以后引起问题,尽管它们不太可能导致您遇到的眼图问题。据我所知,拥有这些上限的唯一原因是当有人使用非标准以太网供电方案时的直流阻断方案。标准 POE 不需要这种保护,而且由于 POE 标准现在“旧”,您不太可能遇到非 POE 标准设备。

移除以太网终端电阻上的 C19 和 C25,10 pF 电容。这些太小了,离任何关键的东西都太远了,无法使用。

将以太网终端电阻上的 C18 和 C24、0.01 uF 电容更改为至少 0.1 uF。您甚至可以尝试 4.7 uF。这些电容去耦的“电源轨”需要相当稳定,并且可能会有惊人的电流流过终端电阻。如果 L4/L5 过多地限制了电流,并且电容没有填补空缺,那么您可能会遇到数据错误。

移除 C16、C17、C22 和 C23——以太网数据线上的所有 10 pF 电容。造成这些的唯一原因是 EMI 滤波,调试不需要。删除它们以确保它们不会引起其他问题。如果需要,您可以随时将它们放回去。

将变压器中心抽头上的 C20 和 C21、0.022 uF 电容更改为至少 0.1 uF。1.0 uF 也可以尝试。考虑到 10 欧姆电阻和 L4/L5,这条线可能会下垂太多。您甚至可以将其短接到 VCC 以进行调试。电阻器(以及在较小程度上的上限)的唯一原因是用于 EMI 过滤。重新旋转 PCB 时,应将 10 欧姆电阻直接连接到 VDD33,而不是通过 L4/L5。10 欧姆电阻和 L4/L5 是多余的。通过直接连接到 VDD33,您可以防止将噪声注入您的终端电阻器,并且还可以更轻松地优化该区域的滤波。

您需要在 VDDIO 引脚上使用更多的电容,或者将珠子短路。该引脚为大量 I/O 引脚供电,并且上面有大量电流。如果由于 LC 滤波器(磁珠 + 0.4 uF)而电流不足,那么 I/O 引脚上会同时出现大量开关噪声。这实际上会比你用那个珠子过滤掉的噪音产生更多的噪音。这种噪声甚至有可能进入以太网输出。

验证您的变压器上的引脚输出是否正确。虽然不太可能,但可以交换中心抽头和另一个引脚。花 5 分钟验证事情是值得的。为此,还要验证 LAN8700 的引脚排列。

如果这些都没有改善,那么请使用 25 MHz 金属罐振荡器并更换您的晶体。我见过水晶电路会做一些奇怪的事情,所以如果只是为了让您安心,那么值得修改您的原型板以确保您的 clk 稳定。

这就是我目前所看到的。希望这可以帮助!

我的 2 美分:我同意您为 25 MHz 选择合适的晶体振荡器的建议。我在 1 Gbit 模式下使用 NSC 的 DP83865DVH,当它在长测试电缆上(“特殊”劣质 5 猫和接近 110 m)处于不稳定状态时,更换 XTAL 产生了很大的不同。电路变得非常稳定,这种“改进”的价格仅为 10 美分左右。