数据驱动下的工业总线和现场总线通讯异常解析与处理方案
在工业生产中，工业总线和现场总线是连接设备与控制系统的重要通信媒介。然而，在实际应用中，经常会遇到以太网网络通讯异常的问题，如频繁掉线、丢包等现象，这些问题不仅影响生产效率，还可能导致安全风险。在此，我们将通过一个案例来详细介绍如何分析和解决这些问题。
案例分析
现场排查
在一次核心板基于TI公司DP83848KSQPHY芯片二次开发的项目中，我们发现百兆以太网电路频繁出现通信异常，表现为工作一段时间后网络自动掉线，无法重连。经过多台样机的测试，确认这是一个普遍的问题。
原理图检查
首先，我们从原理图下手进行检查。原理图设计符合设计规范，但我们发现信号线和控制线上没有串接电阻，同时PCB上单端信号线没有做等长和50Ω的阻抗匹配。这可能导致信号传输过程中的反射和过冲问题。
样机电路测试
时钟信号测试：时钟信号幅值、频率、上升下降时间、占空比等参数均满足要求。
时序测试：数据信号和控制信号的时序裕量均满足手册要求。
数据信号波形测试：通过E5071C网络分析仪进行差分信号PCB走线阻抗测试，并发现存在偏差，但基本符合设计要求。
解决方案实施
在原理图上加入串接电阻，并确保所有单端信号都有50Ω匹配走行。
将49.9Ω匹配电阻及0.1uF退偶电容靠近PHY端放置。
对于变压器，将其靠近RJ45端放置，并采用“BobSmith”终接方式，与1000pF电容及75Ω电阻相连至地壳。
整改后的结果验证
重新拿到样机后进行网络通信，无论是在短期还是长期内，都未发生掉线现象，同时丢包率也达到了零。这表明我们的解决方案有效地解决了原始的问题。
设计总结
本次以太网通信异常问题定位过程中，我们得出以下几个关键点：
PCB走線越短越好，以减少回波产生概率。
确保以太网PHY与处理器端的数据传输路径具有良好的干涉特性，以避免反射引起的一系列问题。
按照硬件规格书要求对PHy芯片周围组件布局做调整，以确保良好的物理层性能。
采用四层板PCB，对差分双绞对进行适当隔离，可以更好地防止外部干扰对系统造成影响。
通过以上措施，不仅能够提高产品质量，也有助于预防未来潜在的问题，从而保障了工业生产环境下的稳定运行。