DP83848C/I/VYB/YB：高性能10/100 Mb/s以太網(wǎng)物理層收發(fā)器的深度解析

在當(dāng)今數(shù)字化時(shí)代，以太網(wǎng)連接的需求呈爆炸式增長，各種設(shè)備對以太網(wǎng)連接的穩(wěn)定性、性能和適應(yīng)性提出了更高要求。德州儀器（TI）的DP83848C/I/VYB/YB系列PHYTER?單端口10/100 Mb/s以太網(wǎng)物理層收發(fā)器，正是為應(yīng)對這些挑戰(zhàn)而精心設(shè)計(jì)的。今天，我們就來深入探討這款產(chǎn)品的特性、應(yīng)用及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

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產(chǎn)品概述

DP83848C/I/VYB/YB系列產(chǎn)品具備多個(gè)突出特性，使其在惡劣環(huán)境和多樣化應(yīng)用場景中脫穎而出。它采用低功耗3.3 - V、0.18 - μm CMOS技術(shù)，典型功耗低于270 mW，能有效降低能源消耗。支持3.3 - V MAC接口和Auto - MDIX功能，可自動(dòng)適應(yīng)不同的網(wǎng)線連接方式，無需手動(dòng)干預(yù)。此外，它還具備能量檢測模式，能在無數(shù)據(jù)傳輸時(shí)進(jìn)入低功耗狀態(tài)，進(jìn)一步節(jié)省能源。

該系列產(chǎn)品的溫度適應(yīng)范圍廣泛，從商業(yè)級的0°C - 70°C，到工業(yè)級的 - 40°C - 85°C，再到擴(kuò)展級的 - 40°C - 105°C，甚至極端級的 - 40°C - 125°C，都能穩(wěn)定工作，這使得它非常適合汽車、工業(yè)控制和一般嵌入式應(yīng)用等對溫度要求苛刻的場景。

關(guān)鍵特性剖析

自動(dòng)協(xié)商功能

自動(dòng)協(xié)商功能是DP83848VYB的一大亮點(diǎn)。它通過快速鏈路脈沖（FLP）突發(fā)信號，在鏈路兩端設(shè)備之間交換配置信息，自動(dòng)選擇雙方都支持的最高性能操作模式。這一功能可通過內(nèi)部寄存器訪問或AN_EN、AN1和AN0引腳進(jìn)行控制。

在引腳控制方面，AN_EN、AN0和AN1引腳的狀態(tài)決定了設(shè)備是強(qiáng)制進(jìn)入特定模式，還是通過自動(dòng)協(xié)商來通告特定的能力。例如，當(dāng)AN_EN為高電平時(shí)，啟用自動(dòng)協(xié)商；為低電平時(shí)，則進(jìn)入強(qiáng)制模式。而AN0和AN1引腳則根據(jù)不同的電平組合，控制設(shè)備的強(qiáng)制或通告操作模式。

在寄存器控制方面，基本模式控制寄存器（BMCR）可用于啟用、禁用和重啟自動(dòng)協(xié)商過程。自動(dòng)協(xié)商廣告寄存器（ANAR）則用于設(shè)置設(shè)備要通告的能力。通過這些寄存器的配合，設(shè)備能靈活地適應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

Auto - MDIX功能

Auto - MDIX功能默認(rèn)啟用，它利用自動(dòng)協(xié)商來確定數(shù)據(jù)傳輸和接收的正確配置，并自動(dòng)選擇合適的MDI對進(jìn)行MDI/MDIX操作。該功能使用隨機(jī)種子來控制交叉電路的切換，符合IEEE 802.3自動(dòng)協(xié)商和交叉規(guī)范。通過PHYCR（19h）寄存器的位[15:14]，可以對其進(jìn)行配置。需要注意的是，在強(qiáng)制模式下，Auto - MDIX功能將無法正常工作。

LED接口

DP83848VYB支持三個(gè)可配置的發(fā)光二極管（LED）引腳，分別為LED_LINK、LED_SPEED和LED_ACT/COL。這些LED可用于指示鏈路狀態(tài)、數(shù)據(jù)速率、活動(dòng)狀態(tài)和碰撞狀態(tài)等信息。通過PHY控制寄存器（PHYCR）的位[6:5]，可以選擇不同的LED配置模式。

在不同模式下，LED的功能有所不同。例如，在模式1中，LED_LINK指示鏈路狀態(tài)，鏈路正常時(shí)亮起；LED_SPEED指示數(shù)據(jù)速率，100 Mb/s時(shí)亮起，10 Mb/s時(shí)熄滅；LED_ACT/COL指示活動(dòng)狀態(tài)，有活動(dòng)時(shí)亮起。而在模式2和模式3中，LED_LINK除了指示鏈路狀態(tài)外，還會在有活動(dòng)時(shí)閃爍。

內(nèi)部回環(huán)和BIST功能

內(nèi)部回環(huán)模式可通過設(shè)置基本模式控制寄存器（BMCR）的位14來啟用。在該模式下，MII發(fā)送數(shù)據(jù)將被路由到MII接收輸出，方便進(jìn)行系統(tǒng)診斷。需要注意的是，設(shè)置該位可能會導(dǎo)致解擾器失去同步，產(chǎn)生500 μs的“死區(qū)時(shí)間”。

內(nèi)置自測試（BIST）電路可用于測試發(fā)送和接收數(shù)據(jù)路徑的完整性。它通過獨(dú)立的發(fā)送和接收路徑，生成偽隨機(jī)序列并進(jìn)行比較，以確定測試結(jié)果。用戶可以通過PHY控制寄存器（PHYCR）的PSR_15位選擇9位或15位的偽隨機(jī)序列。

設(shè)備功能模式

MII接口

MII接口是DP83848VYB連接PHY設(shè)備和MAC的重要接口。它包括接收總線和發(fā)送總線，以及各種控制和狀態(tài)信號，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步傳輸。在10 Mb/s和100 Mb/s操作模式下，接收時(shí)鐘分別為2.5 MHz和25 MHz。

RMII接口

RMII接口是一種簡化的媒體獨(dú)立接口，使用較少的引腳連接PHY設(shè)備和MAC。它以50 - MHz的RMII_REF時(shí)鐘進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，每次傳輸2位數(shù)據(jù)。該接口還提供了RX_DV信號，方便恢復(fù)接收數(shù)據(jù)。為了容忍參考時(shí)鐘和恢復(fù)時(shí)鐘之間的頻率差異，接收RMII功能包括一個(gè)可編程彈性緩沖區(qū)，可根據(jù)預(yù)期的數(shù)據(jù)包大小和時(shí)鐘精度進(jìn)行編程，以支持不同大小的數(shù)據(jù)包。

10 Mb串行網(wǎng)絡(luò)接口（SNI）

SNI接口為僅支持10 - Mb的設(shè)備提供了簡單的串行數(shù)據(jù)接口。它使用單獨(dú)的發(fā)送和接收路徑，以10 MHz的時(shí)鐘速率進(jìn)行串行數(shù)據(jù)傳輸。該接口使用TX_CLK、TX_EN、TXD[0]、RX_CLK、RXD[0]、CRS和COL等引腳。

PHY地址和MII隔離模式

DP83848VYB可通過5個(gè)PHY地址輸入引腳設(shè)置32種可能的PHY地址。這些地址信息在設(shè)備上電和硬件復(fù)位時(shí)被鎖存到PHYCR寄存器中。將物理地址設(shè)置為0可使設(shè)備進(jìn)入MII隔離模式，在該模式下，設(shè)備不響應(yīng)TXD[3:0]和TX_EN引腳的數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)，但仍會響應(yīng)所有管理事務(wù)。

編程與內(nèi)存管理

編程實(shí)現(xiàn)

在編程方面，DP83848VYB的100BASE - TX發(fā)送器和接收器都包含多個(gè)功能模塊。發(fā)送器包括代碼組編碼器、加擾器、NRZ到NRZI編碼器和二進(jìn)制到MLT - 3轉(zhuǎn)換器等模塊，將同步4位半字節(jié)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為加擾的MLT - 3 125 Mb/s串行數(shù)據(jù)流。接收器則將串行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換回同步4位半字節(jié)數(shù)據(jù)。

內(nèi)存管理

DP83848VYB的寄存器分為基本寄存器和擴(kuò)展寄存器?；炯拇嫫靼ɑ灸Ｊ娇刂萍拇嫫鳎˙MCR）、基本模式狀態(tài)寄存器（BMSR）等，用于控制設(shè)備的基本操作和狀態(tài)。擴(kuò)展寄存器則提供了更多的功能控制和狀態(tài)信息，如PHY狀態(tài)寄存器（PHYSTS）、MII中斷控制寄存器（MICR）等。

應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)

典型應(yīng)用電路

在典型應(yīng)用中，DP83848的輸入電壓Vin為3.3 V，輸出電壓Vout為Vcc - 0.5 V。時(shí)鐘輸入方面，MII模式需要25 MHz時(shí)鐘，RMII模式需要50 MHz時(shí)鐘。

對于10/100 Mb/s雙絞線接口，推薦使用特定的變壓器，如Pulse H1102、Pulse H2019等。同時(shí)，要注意PCB和組件特性的變化可能會影響電路性能，因此需要進(jìn)行實(shí)際測試。

時(shí)鐘輸入要求

時(shí)鐘輸入對設(shè)備的性能至關(guān)重要。DP83848VYB支持外部CMOS電平振蕩器源或晶體諧振器設(shè)備。在使用振蕩器時(shí)，X1引腳應(yīng)連接到時(shí)鐘源，X2引腳浮空。對于25 MHz和50 MHz的振蕩器，有相應(yīng)的頻率公差、穩(wěn)定性、上升/下降時(shí)間、抖動(dòng)和對稱性等要求。在使用晶體時(shí)，推薦使用25 - MHz、并聯(lián)、20 - pF負(fù)載的晶體諧振器，并根據(jù)晶體供應(yīng)商的建議設(shè)置負(fù)載電容。

電源反饋電路

為確保設(shè)備正常工作，需要在PFBOUT引腳附近放置10 μF和0.1 μF的并聯(lián)電容，并將PFBIN1、PFBIN2等引腳連接到PFBOUT引腳，每個(gè)引腳還需連接一個(gè)0.1 μF的小電容。

電源管理

電源管理方面，PWRDOWN_INT引腳可用于控制設(shè)備的電源狀態(tài)。默認(rèn)情況下，該引腳作為電源關(guān)斷輸入；通過設(shè)置MICR寄存器的INT_OE位，可將其配置為中斷輸出。在電源關(guān)斷控制模式下，將PWRDOWN_INT引腳拉低可使設(shè)備進(jìn)入電源關(guān)斷模式；在中斷機(jī)制方面，通過設(shè)置MICR和MISR寄存器，可實(shí)現(xiàn)中斷功能的控制和監(jiān)測。

布局設(shè)計(jì)

布局設(shè)計(jì)對設(shè)備的性能也有重要影響。在PCB布局時(shí)，應(yīng)將49.9 - Ω、1%電阻和0.1 - μF去耦電容放置在PHYTER TD±和RD±引腳附近，并通過過孔直接連接到Vdd平面。避免在信號跡線上出現(xiàn)短截線，尤其是差分信號對，要確保跡線長度平行且匹配。同時(shí)，信號跡線不應(yīng)跨越電源或接地平面的分割，以避免影響信號質(zhì)量和產(chǎn)生EMI問題。

總結(jié)

DP83848C/I/VYB/YB系列以太網(wǎng)物理層收發(fā)器以其豐富的功能、廣泛的溫度適應(yīng)范圍和良好的性能，為各種以太網(wǎng)應(yīng)用提供了可靠的解決方案。在設(shè)計(jì)過程中，我們需要深入理解其各項(xiàng)特性和功能，合理選擇應(yīng)用電路和布局設(shè)計(jì)，以確保設(shè)備在不同場景下都能穩(wěn)定、高效地工作。希望通過本文的介紹，能幫助各位工程師更好地掌握這款產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，為實(shí)際項(xiàng)目帶來更多的便利和價(jià)值。你在使用這款產(chǎn)品的過程中，遇到過哪些有趣的問題或挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。