网口电路/Bob Smith电路思考及测试

网口电路就是我们硬件设计时经常见到的 10M/100M/1000M WAN口防护电路，常包含网口变压器、RJ45端子、电阻、高压电容、普通电容和电感，具体电路形态如后面的描述：

根据中心抽头的处理形式，我们一般分为电压型和电流型。

（1）电流型

电流型请注意在PHY侧，网口变压器（Transformer）中心抽头是上拉到Vcc电源的；上拉电源大小取决于CPU端驱动能力的大小，有的是1.8V，有的是2.5V，也有其他的电压，此处不再一一赘述。

（1）电压型

电压型的是接电容到地，不接电源。电容的大小一般是100nF，如果EMC测试不过也可以尝试其他值。电流型与电压型的差异在于靠近PHY侧的网络变压器中心抽头，电流型是接电源Vcc，电压型接电容到地。

Bob Smith电路的作用是什么？（1）阻抗变换；这一点，我在很多资料上看到，但是实际在我后来验证实验中，发现这一点不对，在后续会详细描述。（2）浪涌防护；
这一点是绝对准确的，请看后续详细分析过程。（3）降低EMC测试辐射
这一点也是正确的。
阻抗变换验证一第一个阻抗概念：大家持有阻抗变换的原因是，网口必然搭配网线，而网线的阻抗是双绞线的75欧姆，此时的75欧姆讲的是双绞线差分阻抗；第二个阻抗概念：在PCB板上，两对差分线阻抗，每个都是100欧姆的差分阻抗，单端阻抗未说明；第三个阻抗概念：网口RJ45端子，对于百兆来讲，两两相接，再连接75欧姆电阻过高压电容到地，此时的75欧姆阻抗，是干什么用的？第四个阻抗概念：靠近RJ45端子那边的网络变压器中心抽头连接75欧姆电阻，过电容到地，这个75欧姆又是做什么的？第五个阻抗概念：千兆网口无法连接两个75欧电阻，但是差分阻抗也是100欧姆，又怎么讲？以上提到的阻抗前3点都是Bob Smith电路提到的，但是实际上没人说的清楚为什么是75欧姆？而我也认为75欧姆用来阻抗变换是不对的，因为双绞线是75欧姆，但是板子上是100欧姆，变压器是1：1绕组，怎么变换，完全没道理。况且，是不是如果此处不是75欧姆电阻，而是直接去掉、变成50欧姆或者直接100欧姆，此时是不是就不满足阻抗变换了，为此我进行如下验证：
网口一致性测试验证

网口一致性测试，该测试用以判定网口电路的综合物理层连接指标，包含眼图、上升沿、下降沿、上冲、下冲、平衡度和传输抖动等指标。（可以参考链接中的泰克官网介绍）

在高速信号传输中，我们知道，如果存在过充及下冲，则一定是信号传输阻抗发生变化，阻抗不匹配，进而导致信号出现反射等问题。所以我从下面三组处理中，分别测试网口一致性指标：

（1）保留RJ45和网络变压器之间的4个电阻和1个电容；

（2 )去掉网口RJ45端子未使用的4个pin，两两相连的2个电阻；

（3）去掉所有的4个电阻和1个电容。

此时网口一致性数据如下：上表中的数据为实际数据，此时可以看出在结果比对中，分别为以上三种时，结果基本上变化很小，且网口一致性指标都是测试通过的，而且如果真的Bob Smith电路是有阻抗变换的作用的，我的以上操作（保留阻容、去掉电阻、去掉电阻电容）完全破环了阻抗平衡，但是实际上对网口一致性指标没有多大的影响，这是我认为该电路不具有阻抗变换的第一个原因。
验证二还有，如果是阻抗变换，则我把75欧姆电阻换成其他值，是不是也会发生网口一致性测试不合格的情况。为此我做了如下实验：（1）将75欧电阻换成50欧姆；（2）将75欧电阻换成100欧姆的实际测试结果。

如上图所示，实际结果并不是如我们设想的那样，换成50欧和100欧之后，网口一致性测试未通过，而是75欧、50欧、100欧时网口一致性测试全部通过了，则说明该电路有阻抗变换的作用又行不通了。实际上以上结果在某些测试项目上50欧或者100欧甚至于要好于电阻为75欧时，所以再一次验证了该电路有阻抗变换作用是不正确的。还有一点就是千兆网8条信号线都使用了，此时75欧电阻都没有地方接了，但是这一点是通用的做法，为什么不考虑阻抗特性了。另外我还进行网口ping IP包测试，也无延迟，链路正常。
浪涌防护IEC61000-4-5为电子产品雷击浪涌测试标准，具体请查看链接对应说明。在进行通信端口浪涌防护能力测试时，需要进行共模和差模测试两组测试，测试次数依据各公司和专业认证测试公司，一般是正负各5次。一般而言我们要进行共模4KV（电压等级）和差模2KV（电压等级）的测试，下面将会介绍共模测试和差模测试。共模防护共模测试就是将网口用测试工装将8条线全部接在一起，在8条线结点和主板地之间加上4KV标准定义波形电压，测试电压波形见通讯端口浪涌测试相关标准，此时浪涌的泄放路径是什么呢？如下图：因为8条线接在一起，所以浪涌方向一致，因此以1条信号线（蓝色）和1条未连接线（绿色）做浪涌泄放的说明。蓝色信号线浪涌泄放：浪涌是先经过变压器一端，从中心抽头出来，再经过75欧电阻和高压电容到地；所以需要变压器、电阻、电容都能抗住4KV浪涌冲击。绿色线浪涌泄放：浪涌泄放是先经过电阻，再经过电容直接到地，因此需要电阻和电容能抵抗住4KV浪涌冲击。
差模防护差模测试是在传输数据的差分线上测试，一端接2KV正，一端接2KV负极；百兆网口测试2组、千兆网口测试4组。百兆网口测试如下图：

下面以一组差分线作说明。

蓝色为网络变压器右侧浪涌路径，可以看到需要抗住2KV浪涌，必须要网络变压器自己可以抵抗，因为没有其余泄放路径。

绿色为网络变压器左侧浪涌路径，也就是靠近CPU端口；因为差模直接通过变压器耦合到CPU一侧线圈，所以此时上图中的CPU两个引脚必须抵抗2KV冲击，但是为了保护CPU，我们一般在数据线上靠近CPU放置小电阻、在CPU连接的差分线之间放置双向TVS器件来保护CPU，不会被浪涌打坏。

降低EMC辐射电感

如上图所示的几个点，在电流型Bob电路时，上拉电源上连接电感，是用来减小高频干扰，高频干扰有什么危害？高频信号在频域中含有丰富的谐波，或导致较强的电磁场变化，导致辐射超标。

电容

中心抽头电容什么作用，中心抽头的作用也是降低交流阻抗，将高频交流信号短路到地，所以L和C组成LC滤波器，降低高频干扰。

共模电感

网口变压器的共模电感，就是电流型中的T10、T14、T17、T18，我们知道辐射超标一般都是共模电流导致的，而共模电感就是来消耗差分线路中的共模电流的，而对差模电流基本无影响。

综述

Bob Smith电路我们开始讲述到了他的基本电路形态、组成元器件、电压型和电流型的差异，接下来也讲到了他的作用是什么？

我看到的文章都是说有阻抗变换和浪涌防护的作用，为此我从三个点来证明阻抗变化这一点不是很正确，可能是错误的；

最后讲到了此电路在防止EMC测试辐射中的作用。

希望大家能对Bob Smith电路有一个基本的了解和掌握。

注：以上的测试数据本人可以保证是真实的，以上提到的实验本人也是实际测试验证的。但是以上提出的75欧是阻抗匹配确定值，我认为是不恰当的，这是我个人看法，如果大家有新的看法可以多交流。

Reference1.IEC浪涌测试标准
2.泰克网口测试介绍
3.TI官方技术论坛