Microchip Technology LAN8804 4端口千兆位以太網收發(fā)器是低功耗、四端口、三速（10BASE-T/100BASE-TX/1000BASE-T）以太網物理層收發(fā)器（PHY），支持通過標準的CAT-5、CAT-5e和CAT-6非屏蔽雙絞線（UTP）電纜傳輸和接收數據。 LAN8804支持行業(yè)標準的QSGMII（四路串行千兆位媒體獨立接口），在每個方向上使用單個串行鏈路（差分對）為四個千兆位以太網MAC提供芯片到芯片連接。LAN8804將片上終端電阻用于面向線路的差分對，降低了電路板成本并簡化了電路板布局。

數據手冊：*附件：Microchip Technology LAN8804 4端口千兆位以太網收發(fā)器數據手冊.pdf

診斷功能有助于在生產測試和產品部署中進行系統(tǒng)調通和調試。借助LinkMD TDR電纜診斷功能，可識別故障銅纜。集成環(huán)回功能支持驗證模擬和數字數據路徑。Microchip Technology LAN8804 4端口千兆位以太網收發(fā)器采用符合RoHS指令的128引腳TQFP封裝，具有商業(yè)級
（0°C至+85°C）和工業(yè)級（-40°C至+85°C）溫度范圍。

特性

四端口千兆位以太網收發(fā)器
QSGMII 1.3版MAC接口
巨型幀支持高達16 KB
從晶體或外部25/125MHz參考時鐘輸入提供時鐘
支持時間敏感網絡（TSN）幀搶占，符合IEEE 802.3?-2018第99條
IEEE 802.3-2018節(jié)能以太網（EEE）
每端口2個可編程 LED輸出，用于指示鏈路、活動和速度
昏迷模式，用來消除端口鏈接啟動時的跳動，并同步LED燈。
24個GPIO
借助LinkMD? TDR電纜診斷功能，可識別故障銅纜
信號質量指示
用于診斷的環(huán)回模式
自動MDI/MDI-X交叉，檢測和糾正對交換、對偏移和對極性
共享管理數據輸入/輸出 (MDIO) 接口，用于PHY寄存器配置
中斷引腳選項
裸片溫度監(jiān)控器
掉電和省電模式
- 能量檢測掉電
- 芯片斷電
- EEE低功耗空閑模式
- 對于<70米的電纜，智能節(jié)能高達20mW
工作電壓
- 數字內核：1.1V（VDDCORE）
- 模擬操作：1.1V（VDDAL）和2.5V、3.3V（VDD33REF）
- VDD I/O (VDDIO)：3.3 V、2.5 V或1.8 V
- 收發(fā)器：3.3V或2.5V（VDDAH）
128引腳TQFP（14 mm × 14 mm主體）封裝
溫度支持
- 商用范圍：0°C至+85°C
- -40 °C至+85 °C（工業(yè)范圍）
符合 RoHS 要求

內部方框圖

交換機應用

SoC應用

LAN8804四端口千兆以太網收發(fā)器技術解析

Microchip Technology的LAN8804是一款高性能、低功耗的四端口千兆以太網物理層收發(fā)器(PHY)，支持QSGMII接口，專為企業(yè)交換機、工業(yè)交換機、蜂窩基礎設施和嵌入式系統(tǒng)等應用而設計。本文將深入解析這款芯片的關鍵技術特性和應用優(yōu)勢。

產品概述

LAN8804是一款四端口三重速率(10BASE-T/100BASE-TX/1000BASE-T)以太網PHY收發(fā)器，支持標準CAT-5、CAT-5e和CAT-6非屏蔽雙絞線(UTP)電纜上的數據傳輸和接收。該器件采用128引腳TQFP(14×14 mm)封裝，提供商業(yè)級(0°C至+85°C)和工業(yè)級(-40°C至+85°C)溫度范圍版本。

主要特性

?四端口千兆以太網收發(fā)器?：支持10/100/1000 Mbps速率自適應
?QSGMII v1.3 MAC接口?：通過單個串行鏈路連接四個千兆以太網MAC
?高級節(jié)能技術?：
- 支持IEEE 802.3能源高效以太網(EEE)
- 智能節(jié)能模式(電纜長度<70米時可節(jié)省約20mW)
- 能量檢測斷電模式(EDPD)
? 時間敏感網絡(TSN) ?：支持IEEE 802.3-2018標準第99條定義的幀搶占功能
?增強型診斷功能?：
- LinkMD? TDR電纜診斷
- 信號質量指示(SQI)
- 多種環(huán)回測試模式
?靈活的配置選項?：24個可編程GPIO，支持多種LED模式和極性配置

技術架構詳解

1. 物理層收發(fā)器架構

LAN8804采用混合信號/數字信號處理(DSP)架構，包含模擬前端、數字通道均衡器、網格編碼器/解碼器、回聲消除器、串擾消除器和精確時鐘恢復方案：

?1000BASE-T收發(fā)器?：
- 支持4D-PAM5編碼
- 自適應均衡器消除符號間干擾(ISI)
- 數字回聲和近端串擾(NEXT)消除器
- 時鐘恢復電路實現與鏈路伙伴的精確同步
?100BASE-TX收發(fā)器?：
- 支持MLT-3編碼
- 自適應均衡器和直流恢復電路
- 內置擾碼器/解擾器
?10BASE-T/10BASE-Te收發(fā)器?：
- 支持曼徹斯特編碼
- 自動極性校正
- 能量高效的10BASE-Te模式

2. QSGMII接口設計

LAN8804采用Quad Serial Gigabit Media Independent Interface(QSGMII)技術，通過單個差分對在每個方向上連接四個千兆以太網MAC，顯著簡化板級布局：

符合QSGMII規(guī)范v1.3
支持5Gbps串行數據速率
集成時鐘數據恢復(CDR)電路
支持多種環(huán)回測試模式用于系統(tǒng)調試
透明傳輸EEE低功耗空閑(LPI)符號

3. 電源管理系統(tǒng)

LAN8804提供多種電源管理模式以優(yōu)化能效：

?智能節(jié)能?：根據電纜長度自動調整ADC分辨率和DSP抽頭數
?EEE低功耗空閑模式?：
- 空閑時保持鏈路狀態(tài)
- 快速喚醒時間(<16μs @1000BASE-T)
- 定期刷新傳輸維持鏈路同步
?能量檢測斷電模式?：
- 檢測無鏈路伙伴時自動進入低功耗狀態(tài)
- 可配置的鏈路脈沖間隔時間
?軟件斷電模式?：通過寄存器控制完全關閉非必要電路

關鍵應用功能

1. 自動MDI/MDIX

LAN8804支持自動MDI/MDIX功能，可自動檢測和糾正雙絞線對交換、對偏斜和對極性，無需區(qū)分直連線和交叉線：

支持所有速率(10/100/1000 Mbps)
可通過寄存器禁用(用于診斷目的)
狀態(tài)信息可通過MDIO接口讀取

2. 電纜診斷與信號質量監(jiān)測

?LinkMD? TDR診斷?：
- 識別開路、短路和阻抗失配
- 提供故障距離估計(精度±2-6%)
- 支持三種測試場景(無鏈路伙伴、完全被動伙伴、部分主動伙伴)
? 信號質量指示(SQI) ?：
- 支持Open Alliance TC1/TC12標準
- 提供動態(tài)信號質量的均方誤差(MSE)值
- 將MSE映射為0(最差)到7(最佳)的質量指數
- 1000M和100M速率下的性能關聯(lián)表

3. 時間敏感網絡(TSN)支持

LAN8804支持IEEE 802.3-2018標準中定義的幀搶占功能，可實現：

通過mPacket格式插入快速流量
支持多種Start mPacket Delimiters(SMDs)
SOF脈沖生成支持SMD檢測
實現確定性以太網通信

典型應用設計

1. 工業(yè)以太網交換機配置

圖2-2展示了基于Microchip VSC7546 SparX-5i和六個LAN8804 PHY的64 Gbps工業(yè)以太網交換機配置。這種24×1GbE + 4×10GbE配置利用了QSGMII接口的高密度優(yōu)勢，單個SparX-5i交換機可通過12個QSGMII接口支持多達48個1GbE端口。