Proteção ETH PHY durante a condição "sem fornecimento"

Minha pergunta é simples: em uma configuração típica de Ethernet, o conector RJ-45 se conecta através de alguns transformadores (ou chame-o de magnético, se quiser) ao Ethernet PHY. (que pode ser interno ao microcontrolador ou a um PHY externo).

Agora, se o dispositivo não estiver energizado, mas o cabo LAN estiver conectado (um caso muito comum), ainda poderá haver pacotes enviados pelos transformadores que atingem o PHY que não está energizado. Como geralmente é um problema ter níveis diferentes de zero nos pinos de ICs não energizados, por que ninguém se importa nesse caso?)

Observe que NÃO estou falando sobre proteção contra ESD, porque este último não o ajudará neste caso!

Obrigado!

De fato, geralmente é um problema. Agora, vamos dar uma olhada nas folhas de dados de alguns chips PHY, apenas para verificar.

Aqui estão as classificações máximas absolutas de um ETH PHY típico, o KSZ8051 (da Micrel, agora Microchip):

Aqui estão as classificações máximas absolutas de outra, a LAN8720 (eu sei, também é microchip, mas eles acabaram de comprar todo mundo, não é minha culpa):

Então, contanto que você esteja dentro disso, tudo bem. E com níveis normais nos pares de Ethernet e a polarização adequada do transformador, você deve estar dentro disso.

Quando o chip pode ser danificado fornecendo uma tensão de entrada enquanto desligada, a folha de dados indica algo como VCC + 0,5V como sua tensão de entrada máxima. Aqui, temos um valor absoluto, portanto a tolerância da tensão de entrada não depende se o chip está energizado ou não.

Observe que, no caso dos PHYs ethernet, é claro que todas as soluções levam isso em consideração, e nenhum PHY pode ser danificado quando houver sinal, mas não houver energia aplicada. É o mesmo para os drivers RS-232, RS-485, CAN, etc ... Todos estão imunes a esse problema ou ninguém os compraria.

EDITAR

Desculpas ... Após algumas trocas de comentários com o @SimonRichter (veja abaixo), percebi que, na verdade, o que digo acima seria correto e completo para qualquer tipo de interface física, exceto a Ethernet. A razão é: existe um transformador para isolar o nó e o cabo. A torneira central do transformador geralmente está ligada ao trilho de alimentação para trazer o sinal dentro das especificações da faixa de entrada, e tudo está bem. Porém, quando o circuito não está energizado, o trilho de alimentação é zero e o sinal fica centrado no solo. Portanto, excederia as classificações máximas quando se tornasse negativo.

Então comecei a pensar muito ¹ , mas não encontrei uma explicação.

O que eu garanto com certeza é que não é um problema . Os PHYs Ethernet e a sinalização Ethernet são projetados para que não quebrem quando um nó não energizado é conectado a um nó energizado, e você não precisa tomar precauções específicas em seu circuito para estar seguro nesse aspecto.

Mas é verdade que dei uma olhada em várias planilhas de dados PHY, e as classificações máximas não são suficientes para garantir isso, e nunca vi um capítulo que explica por que ainda é seguro.

Então, bem, devo admitir que não sei a resposta completa, na verdade.

Portanto, estabeleci uma recompensa por essa pergunta para que alguém nos explique, com fatos concretos , como ela pode ser segura ou forneça provas reais de que as folhas de dados não possuem algumas informações (como uma faixa segura estendida para pares TX / RX que não é Especificadas).

^{1 - Primeiro, pensei que talvez os diodos de proteção retornassem o sinal ao alcance. Mas não pode: a torneira central teria que suprir todo o circuito, o que não faz sentido. Então pensei que talvez o protocolo de detecção de link fosse especificado de uma maneira que realmente nunca pode acontecer: o sinal Ethernet normal nunca sendo enviado, a menos que o outro lado identifique que o nó distante está realmente ativo e energizado. Mas também não faz sentido: o protocolo de detecção de link está usando sinalização Ethernet normal.}

Esses ICs protegidos contra sobretensão nas entradas de dados geralmente incluem matrizes de diodos Schottky internamente. Essas matrizes também são vendidas como ICs separados . Cada linha de dados é protegida por dois diodos que a vinculam a Vcc e GND:

Sempre que a tensão na linha de dados aumenta, o Vcc é puxado para o mesmo potencial (menos a queda de tensão do diodo Schottky). Portanto, se a placa Ethernet estiver sem energia (Vcc = 0), a tensão nos dados será fixada ou puxará a Vcc para o seu nível. Esse recurso às vezes é usado em projetos de hobby para alimentar CIs através de pinos de dados . Coisas semelhantes acontecem quando a tensão no pino de dados fica abaixo de GND. Além disso, os mesmos diodos fornecem um caminho de descarga que protege as linhas de dados contra ESD.

No caso da Ethernet, a tensão nos pinos de dados será efetivamente reduzida, uma vez que a corrente nas linhas de dados é muito limitada. De acordo com a especificação IEEE 802.3 , os níveis de tensão nas linhas de sinal são limitados a +/- 3,5V, o que equivale a uma corrente máxima de 35mA em uma carga de 100 Ohm. Essa corrente será atenuada ainda mais por perdas nos magnetos no transmissor e no receptor. No pior dos casos (nenhuma atenuação), essa corrente terá que ser dissipada pelos diodos de aperto.