探索 onsemi NCN26010：工業(yè)以太網(wǎng)的理想之選

在工業(yè)自動化、傳感器接口等領域，穩(wěn)定高效的以太網(wǎng)通信至關(guān)重要。onsemi 的 NCN26010 作為一款符合 IEEE 802.3cg 標準的 10 Mb/s 工業(yè)以太網(wǎng) MAC + PHY IC 控制器，為我們帶來了出色的解決方案。今天，我們就來深入了解一下這款芯片。

文件下載：onsemi NCN26010工業(yè)以太網(wǎng)收發(fā)器.pdf

一、NCN26010 概述

NCN26010 是一款集成了媒體訪問控制器（MAC）、PLCA 協(xié)調(diào)子層（RS）和 10BASE - T1S PHY 的以太網(wǎng)收發(fā)器，專為工業(yè)多節(jié)點以太網(wǎng)設計。它能通過單根非屏蔽雙絞線實現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)，為工業(yè)網(wǎng)絡提供了可靠的物理層支持。該芯片采用 3.3 V 供電，具有低功耗、小尺寸等特點，采用 4 mm x 4 mm QFN 32 封裝，非常適合對空間和功耗有要求的應用場景。

框圖

基本應用圖

二、特性亮點

（一）標準合規(guī)與兼容性

• IEEE 802.3cg 標準：完全符合 IEEE 802.3cg 標準，確保了在工業(yè)以太網(wǎng)中的兼容性和互操作性。
• Open Alliance 兼容 SPI 接口：通過該接口與主機 MCU 進行通信，方便實現(xiàn)配置和數(shù)據(jù)幀的交換。

（二）功能特性

• 物理層沖突避免（PLCA）：通過本地配置實現(xiàn)物理層沖突避免，支持在共享介質(zhì)（多節(jié)點）上無沖突運行，最多可支持 8 個節(jié)點，提高了網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)吞吐量和可靠性。
• 增強抗噪模式：允許在超過 IEEE 802.3cg 規(guī)范的噪聲水平下進行通信，增強了芯片在惡劣工業(yè)環(huán)境中的穩(wěn)定性。
• 快速啟動：啟動時間小于 100 ms，能夠快速投入工作，滿足工業(yè)應用對實時性的要求。

（三）其他特性

• 可配置數(shù)字輸出：兩個可配置的數(shù)字輸出，可驅(qū)動低電流 LED，方便進行狀態(tài)指示。
• 隔離模式支持：支持隔離模式下的引導啟動，提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性。

三、引腳配置與電氣特性

（一）引腳配置

NCN26010 共有 32 個引腳，每個引腳都有特定的功能。例如，XI 和 XO 引腳用于連接外部時鐘源或晶體，LINEP 和 LINEN 引腳用于 MDI 數(shù)據(jù)傳輸，LED1/DIO1 和 LED0/DIO0 引腳可用于驅(qū)動外部 LED 或其他電路。詳細的引腳功能可以參考數(shù)據(jù)手冊中的引腳描述表格。

（二）電氣特性

• 電源功耗：在不同的工作模式下，芯片的功耗表現(xiàn)不同。例如，在收發(fā)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包時，功耗典型值為 150 mW；僅接收時，功耗典型值為 75 mW；空閑時，功耗典型值為 55 mW。
• 時鐘特性：支持 25 MHz 的時鐘輸入和輸出，可通過 CLKO 引腳為其他設備提供時鐘源。
• 數(shù)據(jù)傳輸特性：數(shù)據(jù)速率為 10 Mb/s，輸出信號的峰 - 峰值在 800 - 1200 mV 之間，具有良好的信號質(zhì)量。

四、寄存器配置與應用示例

（一）寄存器配置

NCN26010 提供了豐富的寄存器，用于配置芯片的各種功能。這些寄存器分為不同的內(nèi)存映射組（MMS），包括標準 SPI 控制和狀態(tài)寄存器、MAC 寄存器、PHY - PCS 寄存器等。通過對這些寄存器的設置，可以實現(xiàn)芯片的各種功能，如幀校驗序列（FCS）的計算和驗證、地址過濾、PLCA 功能的啟用等。

（二）應用示例

1. CSMA/CD 模式基本配置

要將 NCN26010 連接到 10BASE - T1S 多節(jié)點網(wǎng)絡并以 CSMA/CD 模式運行，需要進行以下基本配置：

• 設備復位：向復位控制和狀態(tài)寄存器（MMS0，地址 0x0003）寫入 0x00000001。
• MAC 配置：在 MAC CONFIG0 寄存器（MMS1，地址 0x0000）中設置相關(guān)位，如配置 FCS 計算和附加、啟用 TX 和 RX 功能。
• 物理鏈路啟用：設置 PHY 控制寄存器（MMS0，地址 0xFF00）的第 12 位，啟用物理鏈路。
• SPI 協(xié)議配置：根據(jù)應用需求，在 SPI CONFIG0 寄存器（MMS0，地址 0x0004）中設置相應的位，最后將 SYNC 位設置為 1，允許數(shù)據(jù)在主機和 MACPHY 之間流動。

2. PLCA 模式基本配置

當啟用 PLCA 功能時，需要確保所有節(jié)點都有有效的 PLCA 配置。對于協(xié)調(diào)器節(jié)點（PLCA ID = 0），需要進行以下配置：

• 設置 PLCA ID 和節(jié)點計數(shù)：在 PLCACTRL1 寄存器（MMS4，地址 0xCA02）中設置本地 PLCA ID 為 0，并設置合適的 PLCA 節(jié)點計數(shù)。
• 啟用 PLCA：向 PLCACTRL0 寄存器（MMS4，地址 0xCA01）的第 15 位寫入 1，啟用 PLCA 功能。

五、時鐘配置與輸出

（一）時鐘源選擇

NCN26010 可以使用外部 25 MHz 時鐘源或通過連接石英晶體到內(nèi)部晶體振蕩器電路來生成時鐘。如果使用外部時鐘源，將其連接到 XI 引腳，XO 引腳浮空；如果使用晶體，將其連接到 XI 和 XO 引腳之間。

（二）時鐘輸出

芯片的 CLKO 引腳可以提供穩(wěn)定的 25 MHz 時鐘輸出，根據(jù) VDDIO 的設置，輸出電平可以為 3.3 V 或 2.5 V LVCMOS 電平，方便為其他組件（如 MCU）提供時鐘。

六、總結(jié)

onsemi 的 NCN26010 芯片以其豐富的功能、出色的性能和小尺寸封裝，為工業(yè)以太網(wǎng)應用提供了優(yōu)秀的解決方案。無論是在工業(yè)自動化、傳感器接口，還是家庭/建筑控制、安全和現(xiàn)場儀表等領域，NCN26010 都能發(fā)揮重要作用。通過合理的寄存器配置和時鐘設置，我們可以充分發(fā)揮該芯片的優(yōu)勢，實現(xiàn)穩(wěn)定、高效的以太網(wǎng)通信。在實際應用中，我們還需要根據(jù)具體的需求和環(huán)境，對芯片進行進一步的優(yōu)化和調(diào)試，以確保系統(tǒng)的可靠性和性能。你在使用類似芯片時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。