DP83825I低功耗10/100Mbps以太網(wǎng)物理層收發(fā)器詳解

在當(dāng)今的電子設(shè)備中，以太網(wǎng)通信扮演著至關(guān)重要的角色。對于工程師來說，選擇一款合適的以太網(wǎng)物理層收發(fā)器是設(shè)計成功的關(guān)鍵。今天，我們就來詳細探討一下德州儀器（TI）的DP83825I低功耗10/100Mbps以太網(wǎng)物理層收發(fā)器。

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1. 特性亮點

1.1 超小型封裝與長距離傳輸

DP83825I采用了超小型的3mm×3mm、24引腳的QFN封裝，這使得它在空間受限的設(shè)計中具有很大的優(yōu)勢。同時，它支持通過CAT5e電纜實現(xiàn)最長150米的傳輸距離，為一些需要長距離通信的應(yīng)用提供了可能。

1.2 超低功耗設(shè)計

在功耗方面，DP83825I表現(xiàn)出色，其功耗低于127mW。此外，它還集成了MDI與MAC終端電阻器，進一步降低了系統(tǒng)的功耗。它支持多種節(jié)能模式，如主動睡眠、深度斷電和節(jié)能以太網(wǎng)（EEE）IEEE 802.3az，這些模式可以根據(jù)實際應(yīng)用場景靈活選擇，以達到最佳的節(jié)能效果。對于傳統(tǒng)的MAC，它也能提供節(jié)能以太網(wǎng)支持，并且還具備局域網(wǎng)喚醒（WoL）功能，方便在需要時喚醒設(shè)備。

1.3 豐富的接口與功能

DP83825I支持RMII（主模式與從模式）接口，這種接口為設(shè)計提供了更多的靈活性。它采用單個3.3V電源供電，I/O電壓支持1.8V和3.3V，適用于不同的系統(tǒng)環(huán)境。此外，它還具備中繼器功能，可在非托管模式下實現(xiàn)RMII背對背模式。它還提供了用于配置與狀態(tài)的MDC/MDIO接口，方便工程師進行調(diào)試和監(jiān)控。

1.4 強大的診斷工具

為了便于開發(fā)與調(diào)試，DP83825I提供了豐富的診斷工具，如電纜診斷、內(nèi)置自檢（BIST）和環(huán)回模式。它還具備可編程的硬件中斷引腳，能夠及時反饋系統(tǒng)的狀態(tài)。其工作溫度范圍為 -40°C至85°C，能夠適應(yīng)較為惡劣的工作環(huán)境。

2. 應(yīng)用領(lǐng)域

DP83825I的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，主要包括樓宇自動化和工廠自動化。在樓宇自動化中，它可用于IP攝像頭、電機驅(qū)動器和電子銷售終端等設(shè)備。在工廠自動化中，它也能為各種設(shè)備提供穩(wěn)定的以太網(wǎng)通信支持。

3. 引腳配置與功能

DP83825I的引腳配置是設(shè)計中需要重點關(guān)注的部分。不同的引腳具有不同的功能，如TX EN引腳用于RMII發(fā)送使能，50MHzOut/LED2引腳在RMII主模式下輸出50MHz時鐘，在從模式下可作為LED_2使用，還可通過寄存器配置為GPIO。INTR/PWRDN引腳默認作為斷電功能使用，也可配置為中斷引腳。了解這些引腳的功能和特性，對于正確使用DP83825I至關(guān)重要。

4. 規(guī)格參數(shù)

4.1 絕對最大額定值

在使用DP83825I時，需要注意其絕對最大額定值，如模擬電源電壓、IO電源電壓、結(jié)溫、存儲溫度等。超出這些額定值可能會對器件造成永久性損壞。

4.2 ESD等級

該器件的ESD等級也有明確規(guī)定，所有引腳（MDI除外）的人體放電模型為±1.5kV，媒體相關(guān)接口（MDI）引腳為+5kV。在設(shè)計和使用過程中，需要采取相應(yīng)的防靜電措施，以確保器件的可靠性。

4.3 建議運行條件

建議運行條件包括模擬電源電壓、IO電源電壓、工作溫度等。遵循這些建議條件，能夠保證器件的正常運行和性能穩(wěn)定。

4.4 熱性能信息

了解DP83825I的熱性能信息，如結(jié)至環(huán)境熱阻、結(jié)至外殼熱阻等，有助于在設(shè)計散熱方案時做出合理的決策。

4.5 電氣特性和時序要求

電氣特性和時序要求是設(shè)計中需要嚴格遵守的參數(shù)。例如，在不同的工作模式下，其功耗和電流需求會有所不同。同時，上電時序、復(fù)位時序、RMII發(fā)送和接收時序等都有明確的要求，這些要求直接影響到器件的正常工作。

5. 詳細說明

5.1 功能概述

DP83825I是一款符合IEEE802.3 10BASE-Te與100BASE-TX標(biāo)準(zhǔn)的全功能單端口物理層收發(fā)器。它采用集成LDO的3.3V單電源供電設(shè)計，允許3.3V或1.8V的I/O電壓接口。通過混合信號處理，它能夠在不超過150米的CAT5e雙絞線上實現(xiàn)穩(wěn)健運行。

5.2 特性說明

5.2.1 自動協(xié)商與自動MDIX分辨率

自動協(xié)商功能通過交換快速鏈路脈沖（FLP）實現(xiàn)，能夠確保根據(jù)鏈路伙伴與本地器件公布的能力，選擇最高通用速度。自動MDIX分辨率則能夠確定使用“直通”電纜還是“交叉”電纜來連接鏈路伙伴，并可通過硬件或寄存器配置進行啟用或禁用。

5.2.2 節(jié)能以太網(wǎng)

節(jié)能以太網(wǎng)（EEE）是DP83825I的一個重要特性，它能夠在低功耗空閑（LPI）模式下運行，以節(jié)省功耗。在自動協(xié)商期間，會廣播節(jié)能以太網(wǎng)功能，只有當(dāng)兩個鏈路伙伴都支持該功能時，才能啟用。對于不支持通過MAC發(fā)送節(jié)能以太網(wǎng)信令的傳統(tǒng)MAC，也可通過寄存器配置來啟用節(jié)能模式。

5.2.3 局域網(wǎng)喚醒數(shù)據(jù)包檢測

局域網(wǎng)喚醒（WoL）功能允許位于物理層上方的連接器件在檢測到具有合格憑證的幀以前，保持低功耗狀態(tài)。支持的局域網(wǎng)喚醒幀類型包括魔術(shù)包和具有安全匹配的魔術(shù)包，當(dāng)接收到合格的喚醒幀時，會通過GPIO引腳或狀態(tài)中斷標(biāo)志通知連接的控制器。

5.2.4 低功耗模式

DP83825I支持主動睡眠、IEEE斷電和深度斷電三種低功耗模式。在主動睡眠模式下，除了TD±與RD±引腳上的SMI與能量檢測電路外，PHY所有內(nèi)部電路都會關(guān)斷。IEEE斷電能夠關(guān)斷所有PHY電路（SMI與內(nèi)部時鐘電路除外），深度斷電模式則能進一步關(guān)斷PHY PLL，以降低功耗。

5.2.5 RMII接口與中繼器模式

RMII接口為設(shè)計提供了一種引腳數(shù)更少的替代方案，支持100BASE-TX與10BASE-Te。它有RMII從器件和RMII主器件兩種操作模式。DP83825I還提供了中繼器模式，可在非托管模式下擴展電纜長度。

5.2.6 串行管理接口

串行管理接口支持訪問DP83825I內(nèi)部寄存器空間，以便獲得狀態(tài)信息與配置。它符合IEEE 802.3第22條，通過管理時鐘（MDC）和管理輸入/輸出數(shù)據(jù)引腳（MDIO）實現(xiàn)通信。

5.2.7 100BASE-TX與10BASE-Te收發(fā)器

100BASE-TX發(fā)送器由多個功能塊組成，能夠?qū)II提供的同步4位半字節(jié)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為MDI上的擾頻MLT-3 125Mbps串行數(shù)據(jù)流。10BASE-Te收發(fā)器模塊符合IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)，具備靜噪、正常鏈路脈沖檢測和生成、Jabber檢測等功能。

5.2.8 環(huán)回模式與BIST配置

DP83825I提供了多種環(huán)回模式，如MII環(huán)回、PCS環(huán)回、數(shù)字環(huán)回、模擬環(huán)回和反向環(huán)回，可用于測試與驗證PHY內(nèi)的各種功能塊。BIST配置能夠模擬線路上的假隨機數(shù)據(jù)傳輸場景，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)包長度和IPG的完全控制。

5.2.9 電纜診斷與快速鏈路丟棄功能

電纜診斷功能通過時域反射儀（TDR）實現(xiàn)，能夠檢測電纜開路、短路等各種故障?？焖冁溌穪G棄功能則可根據(jù)RX錯誤計數(shù)、MLT3錯誤計數(shù)、低SNR閾值和信號/能量耗損等條件，快速丟棄鏈路，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

5.3 器件功能模式

DP83825I提供了優(yōu)化電纜長度與功耗的模式，包括默認模式、低功耗模式、電纜長度優(yōu)化模式和支持節(jié)能以太網(wǎng)功能的電纜長度優(yōu)化模式。不同的模式需要通過不同的寄存器配置來實現(xiàn)，工程師可以根據(jù)實際需求進行選擇。

5.4 編程與寄存器配置

DP83825I提供了豐富的寄存器，用于編程與狀態(tài)配置。這些寄存器包括BMCR_Register、BMSR_Register、PHYIDR1_Register等，每個寄存器都有其特定的功能和配置要求。了解這些寄存器的使用方法，對于實現(xiàn)器件的各種功能至關(guān)重要。

6. 應(yīng)用和實施

6.1 設(shè)計要求

在將DP83825I用于以太網(wǎng)應(yīng)用時，需要滿足一定的設(shè)計要求。例如，AVD電源為3.3V，VDDIO電源為3.3V或1.8V，基準(zhǔn)時鐘輸入為25MHz或50MHz（RMII從模式）。同時，時鐘要求也需要根據(jù)實際情況選擇外部CMOS級振蕩器源或帶有外部晶體的內(nèi)部振蕩器。

6.2 詳細設(shè)計過程

在設(shè)計過程中，RMII布局和MDI布局都有一些指南需要遵循。RMII信號為單端信號，布線要以50Ω阻抗接地，長度應(yīng)盡可能縮短。MDI信號為差分信號，需要以50Ω的接地阻抗與100Ω的差分控制阻抗布線，并將其布線至同一層的變壓器上。同時，還需要注意TPI網(wǎng)絡(luò)電路和VOD配置的設(shè)計。

6.3 電源相關(guān)建議

DP83825I能夠在3.3V或1.8V的I/O電源電壓以及3.3V模擬電源電壓下工作。在電源時序方面，VDDIO完全斜升后，需要VDDA3V3。建議使用電源去耦合網(wǎng)絡(luò)，以確保電源的穩(wěn)定性。

6.4 布局指南

在布局時，信號布線要盡可能短，阻抗要可控，避免出現(xiàn)殘樁。差分對內(nèi)的布線要相互平行，長度匹配。返回路徑要保持連續(xù)，避免信號布線之間的返回路徑中斷。變壓器布局要確保下方?jīng)]有金屬層，以減少噪聲干擾。同時，建議至少使用四層PCB，以滿足信號完整性和性能要求。

7. 器件和文檔支持

TI為DP83825I提供了完善的器件和文檔支持。工程師可以通過ti.com接收文檔更新通知，也可以在TI E2E?中文支持論壇上獲取快速、經(jīng)過驗證的解答和設(shè)計幫助。但需要注意靜電放電的問題，避免對器件造成損壞。

DP83825I是一款功能強大、性能穩(wěn)定的以太網(wǎng)物理層收發(fā)器。在設(shè)計過程中，工程師需要充分了解其特性、引腳配置、規(guī)格參數(shù)和詳細說明，嚴格遵循設(shè)計要求和布局指南，以確保設(shè)計的成功。希望本文能夠?qū)Ω魑还こ處熢谑褂肈P83825I進行設(shè)計時有所幫助。你在實際設(shè)計中是否遇到過類似器件的使用問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。