深入剖析DP83849C：雙端口10/100 Mb/s以太網(wǎng)物理層收發(fā)器的卓越之選

在當(dāng)今數(shù)字化的時(shí)代，以太網(wǎng)連接的需求如潮水般不斷增長，從無線遠(yuǎn)程基站到工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)高性能以太網(wǎng)物理層收發(fā)器的需求愈發(fā)迫切。今天，我們就來深入探討一款備受關(guān)注的產(chǎn)品——DP83849C，這是一款專為商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用打造的雙端口10/100 Mb/s以太網(wǎng)物理層收發(fā)器，它的出現(xiàn)為以太網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)帶來了更多的可能性。

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一、產(chǎn)品概述

DP83849C是一款高度可靠且功能豐富的設(shè)備，非常適合商業(yè)或工業(yè)應(yīng)用，能夠在工廠環(huán)境中實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的以太網(wǎng)連接。它具備兩個(gè)完全獨(dú)立的10/100端口，可滿足多端口應(yīng)用的需求。該產(chǎn)品支持MII和RMII接口，為MPU的選擇提供了極大的靈活性。同時(shí)，它還配備了強(qiáng)大的新型診斷工具，能夠確保網(wǎng)絡(luò)的初始運(yùn)行和維護(hù)，其創(chuàng)新的電纜診斷功能可以實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)鏈路質(zhì)量，幫助系統(tǒng)設(shè)計(jì)師實(shí)現(xiàn)故障預(yù)測(cè)機(jī)制，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并預(yù)警鏈路狀況的變化或惡化。

二、產(chǎn)品特性

低功耗設(shè)計(jì)

DP83849C采用3.3V、0.18μm的CMOS技術(shù)，典型功耗低于600mW，這種低功耗設(shè)計(jì)不僅有助于降低系統(tǒng)的整體功耗，還能提高設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性，使其在長時(shí)間運(yùn)行中保持良好的性能。

豐富的接口支持

它支持多種接口模式，包括Auto-MDIX for 10/100 Mb/s、Energy Detection Mode、Dynamic Integrity Utility、Dynamic Link Quality Monitoring、TDR based Cable Diagnostic and Cable Length Detection等。同時(shí)，還具備RMII Rev. 1.2 Interface（可配置）和SNI Interface（可配置），為不同的應(yīng)用場(chǎng)景提供了多樣化的選擇。

廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域

DP83849C的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，涵蓋了醫(yī)療儀器、工廠自動(dòng)化、電機(jī)與運(yùn)動(dòng)控制、無線遠(yuǎn)程基站以及一般嵌入式應(yīng)用等多個(gè)領(lǐng)域。這種廣泛的適用性使得它成為了眾多工程師在設(shè)計(jì)以太網(wǎng)連接解決方案時(shí)的首選產(chǎn)品。

三、引腳描述

DP83849C的引腳被分類為多個(gè)接口類別，包括串行管理接口、MAC數(shù)據(jù)接口、時(shí)鐘接口、LED接口、復(fù)位和電源關(guān)閉、 strap選項(xiàng)、10/100 Mb/s PMD接口、特殊連接引腳以及電源和接地引腳。每個(gè)接口都有其特定的功能和用途。

串行管理接口

主要由MDC和MDIO兩個(gè)引腳組成。MDC是管理數(shù)據(jù)時(shí)鐘，為MDIO管理數(shù)據(jù)輸入/輸出串行接口提供同步時(shí)鐘，最大時(shí)鐘速率為25 MHz，無最小時(shí)鐘速率要求。MDIO是雙向管理指令/數(shù)據(jù)信號(hào)，需要一個(gè)1.5 kΩ的上拉電阻，可由站管理實(shí)體或PHY驅(qū)動(dòng)。

MAC數(shù)據(jù)接口

包含多個(gè)信號(hào)引腳，如TX_CLK、TX_EN、TXD、RX_CLK、RX_ER、RXD、CRS、COL等。這些引腳用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和接收，不同的速率模式下，它們的工作頻率和功能也有所不同。例如，在100 Mb/s模式下，TX_CLK為25 MHz的發(fā)送時(shí)鐘輸出，而在10 Mb/s模式下，則為2.5 MHz。

時(shí)鐘接口

由X1、X2和CLK2MAC三個(gè)引腳構(gòu)成。X1是晶體/振蕩器輸入，是DP83849C的主要時(shí)鐘參考輸入，可連接25 MHz 0.005%（±50 ppm）的時(shí)鐘源。X2是晶體輸出，用于連接外部25 MHz的晶體諧振器。CLK2MAC是時(shí)鐘輸出，在MII模式下提供25 MHz的時(shí)鐘輸出，在RMII模式下提供50 MHz的時(shí)鐘輸出，方便其他設(shè)備使用參考時(shí)鐘，無需額外的時(shí)鐘源。

LED接口

支持三個(gè)可配置的LED引腳，這些LED支持兩種由LED模式strap選擇的操作模式，以及一種可通過寄存器配置的操作模式。不同的模式下，LED可以指示鏈路狀態(tài)、速度、活動(dòng)、碰撞或全雙工狀態(tài)等信息，為用戶提供直觀的設(shè)備狀態(tài)顯示。

復(fù)位和電源關(guān)閉

通過RESET_N和PWRDOWN_INT引腳實(shí)現(xiàn)。RESET_N是低電平有效輸入，用于初始化或重新初始化DP83849C，將所有內(nèi)部寄存器重置為默認(rèn)狀態(tài)。PWRDOWN_INT引腳默認(rèn)功能為電源關(guān)閉，也可配置為中斷輸出，用于指示中斷條件的發(fā)生。

strap選項(xiàng)

DP83849C使用許多功能引腳作為strap選項(xiàng)，通過在復(fù)位時(shí)采樣這些引腳的值，可以將設(shè)備配置為特定的操作模式。例如，PHYAD引腳用于設(shè)置PHY地址，AN_EN、AN1和AN0引腳用于控制自動(dòng)協(xié)商功能，MDIX_EN引腳用于啟用或禁用Auto-MDIX功能等。

四、配置選項(xiàng)

自動(dòng)協(xié)商

該功能允許兩個(gè)鏈路段的兩端交換配置信息，并自動(dòng)選擇雙方都支持的最高性能操作模式。DP83849C支持四種不同的以太網(wǎng)協(xié)議（10 Mb/s半雙工、10 Mb/s全雙工、100 Mb/s半雙工和100 Mb/s全雙工），通過自動(dòng)協(xié)商功能可以確保根據(jù)鏈路伙伴的廣告能力選擇最高性能的協(xié)議。自動(dòng)協(xié)商功能可以通過內(nèi)部寄存器訪問或使用AN_EN、AN1和AN0引腳進(jìn)行控制。

Auto-MDIX

啟用該功能后，它會(huì)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，并選擇合適的MDI對(duì)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，符合相應(yīng)的IEEE 802.3自動(dòng)協(xié)商和交叉規(guī)范。Auto-MDIX默認(rèn)啟用，可通過strap或PHYCR寄存器進(jìn)行配置。

PHY地址

DP83849C提供四個(gè)地址strap引腳，用于確定設(shè)備端口A和B的PHY地址。這些引腳的信息在設(shè)備上電和硬件復(fù)位時(shí)被鎖存到PHYCR寄存器中，每個(gè)DP83849C或共享MDIO總線的端口必須具有唯一的物理地址。

LED接口

支持三種可配置的操作模式，通過設(shè)置PHY控制寄存器中的LED_CFG[1:0]位或使用CRS引腳的strap選項(xiàng)來選擇。不同的模式下，LED可以指示不同的信息，如鏈路狀態(tài)、速度、活動(dòng)、碰撞或全雙工狀態(tài)等，為用戶提供直觀的設(shè)備狀態(tài)顯示。

半雙工與全雙工

DP83849C支持10 Mb/s和100 Mb/s速度下的半雙工和全雙工操作。半雙工操作依賴于CSMA/CD協(xié)議來處理沖突和網(wǎng)絡(luò)訪問，而全雙工操作則允許同時(shí)進(jìn)行發(fā)送和接收活動(dòng)，吞吐量可達(dá)每個(gè)端口200 Mb/s。在全雙工操作中，設(shè)備會(huì)禁用內(nèi)部的沖突檢測(cè)和報(bào)告功能，并修改載波檢測(cè)（CRS）的行為，使其僅指示接收活動(dòng)。

內(nèi)部環(huán)回

DP83849C包含一個(gè)環(huán)回測(cè)試模式，用于系統(tǒng)診斷。通過設(shè)置基本模式控制寄存器（BMCR）的第14位，可以啟用MII發(fā)送數(shù)據(jù)路由到MII接收輸出的功能。在進(jìn)行環(huán)回測(cè)試時(shí)，應(yīng)先禁用自動(dòng)協(xié)商，以確保所需的操作模式。

BIST

內(nèi)置的自檢（BIST）電路可用于測(cè)試發(fā)送和接收數(shù)據(jù)路徑的完整性。BIST測(cè)試可以在內(nèi)部環(huán)回模式下進(jìn)行，也可以使用環(huán)回電纜夾具進(jìn)行外部環(huán)回測(cè)試。用戶可以從PHY控制寄存器（PHYCR）中選擇9位或15位的偽隨機(jī)序列，BIST狀態(tài)存儲(chǔ)在PHYCR寄存器中。

五、MAC接口

MII接口

DP83849C集成了符合IEEE 802.3u標(biāo)準(zhǔn)第22條規(guī)定的媒體獨(dú)立接口（MII）。該接口由一個(gè)接收總線和一個(gè)發(fā)送總線組成，每個(gè)總線都有控制信號(hào)，用于在PHY和上層（MAC）之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。接收接口包括數(shù)據(jù)總線RXD[3:0]、接收錯(cuò)誤信號(hào)RX_ER、接收數(shù)據(jù)有效標(biāo)志RX_DV和接收時(shí)鐘RX_CLK；發(fā)送接口包括數(shù)據(jù)總線TXD[3:0]、發(fā)送使能控制信號(hào)TX_EN和發(fā)送時(shí)鐘TX_CLK。此外，MII接口還包括載波檢測(cè)信號(hào)CRS和沖突檢測(cè)信號(hào)COL。

RMII接口

DP83849C集成了符合RMII規(guī)范（rev1.2）的簡(jiǎn)化媒體獨(dú)立接口（RMII）。該接口使用較少的引腳來連接PHY設(shè)備和MAC，數(shù)據(jù)以2位為單位進(jìn)行傳輸，使用50 MHz的RMII_REF時(shí)鐘進(jìn)行發(fā)送和接收。RMII模式提供了一個(gè)RX_DV信號(hào)，方便恢復(fù)接收數(shù)據(jù)，同時(shí)RX_ER輸出可用于檢測(cè)錯(cuò)誤條件。該模式需要連接一個(gè)50 MHz的振蕩器到X1引腳，并且為了容忍參考時(shí)鐘和恢復(fù)接收時(shí)鐘之間的頻率差異，還包含一個(gè)可編程的彈性緩沖器。

10 Mb串行網(wǎng)絡(luò)接口（SNI）

DP83849C集成了一個(gè)10 Mb的串行網(wǎng)絡(luò)接口（SNI），為僅支持10 Mb的設(shè)備提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的串行數(shù)據(jù)接口。該接口使用7個(gè)引腳，包括TX_CLK、TX_EN、TXD[0]、RX_CLK、RXD[0]、CRS和COL，數(shù)據(jù)以10 MHz的時(shí)鐘速率進(jìn)行串行傳輸。

802.3u MII串行管理接口

該接口定義了一組32個(gè)16位的狀態(tài)和控制寄存器，可通過MDC和MDIO引腳進(jìn)行訪問。DP83849C實(shí)現(xiàn)了所有必需的MII寄存器以及一些可選寄存器。串行管理訪問協(xié)議包括初始化MDIO接口、發(fā)送起始代碼、插入周轉(zhuǎn)時(shí)間等步驟，同時(shí)支持預(yù)amble抑制和同時(shí)寄存器寫入功能。

六、架構(gòu)分析

100BASE - TX發(fā)射器

由多個(gè)功能塊組成，包括代碼組編碼器和注入塊、擾碼器塊、NRZ到NRZI編碼器塊以及二進(jìn)制到MLT - 3轉(zhuǎn)換器/通用驅(qū)動(dòng)器。這些功能塊將MII提供的同步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。代碼組編碼器將4位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為5位代碼組，并在傳輸過程中替換MAC前導(dǎo)碼和插入控制代碼組。擾碼器用于控制輻射發(fā)射，通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加擾，將總能量隨機(jī)分布在較寬的頻率范圍內(nèi)。NRZ到NRZI編碼器和二進(jìn)制到MLT - 3轉(zhuǎn)換器則將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為符合TP - PMD標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)。

100BASE - TX接收器

同樣由多個(gè)功能塊構(gòu)成，包括模擬前端、數(shù)字信號(hào)處理器、信號(hào)檢測(cè)、MLT - 3到二進(jìn)制解碼器、NRZI到NRZ解碼器、串行到并行轉(zhuǎn)換器、解擾器、代碼組對(duì)齊器、4B/5B解碼器、鏈路完整性監(jiān)視器和不良SSD檢測(cè)器。模擬前端包含模擬均衡和增益控制，數(shù)字信號(hào)處理器則包括自適應(yīng)均衡、增益控制和基線漂移補(bǔ)償。信號(hào)檢測(cè)功能用于檢測(cè)信號(hào)的存在，解擾器用于恢復(fù)原始數(shù)據(jù)，代碼組對(duì)齊器和4B/5B解碼器將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為4位半字節(jié)形式，鏈路完整性監(jiān)視器確保在啟用發(fā)送和接收PCS層之前建立有效的穩(wěn)定鏈路，不良SSD檢測(cè)器用于檢測(cè)錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)流開始標(biāo)志。

10BASE - T收發(fā)器模塊

符合IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)，包括接收器、發(fā)射器、沖突檢測(cè)、心跳、環(huán)回、喋喋不休和鏈路完整性等功能。該模塊具有半雙工和全雙工兩種操作模式，在半雙工模式下支持CSMA/CD協(xié)議，在全雙工模式下可以同時(shí)進(jìn)行發(fā)送和接收而不產(chǎn)生沖突信號(hào)。智能靜音功能用于確定差分接收輸入上是否存在有效數(shù)據(jù)，通過振幅和時(shí)間測(cè)量來避免將脈沖噪聲誤判為有效信號(hào)。沖突檢測(cè)和信號(hào)質(zhì)量錯(cuò)誤（SQE）測(cè)試用于檢測(cè)和報(bào)告沖突，載波檢測(cè)信號(hào)用于指示接收活動(dòng)，正常鏈路脈沖檢測(cè)/生成用于檢查與遠(yuǎn)程端的連接完整性，喋喋不休功能用于監(jiān)測(cè)設(shè)備的輸出，防止發(fā)送過長的數(shù)據(jù)包。

七、設(shè)計(jì)指南

TPI網(wǎng)絡(luò)電路

推薦使用特定的變壓器來構(gòu)建10/100 Mb/s的雙絞線接口電路，如Pulse H1102、Pulse H2019、Belfuse S558 - 5999 - U7、Halo TG110 - S050N2RL等。在實(shí)際應(yīng)用中，由于PCB和組件特性的差異，需要對(duì)電路進(jìn)行測(cè)試，以確保其滿足預(yù)期應(yīng)用的要求。

ESD保護(hù)

在處理設(shè)備或電路板時(shí)，應(yīng)采取嚴(yán)格的ESD預(yù)防措施，以減少災(zāi)難性ESD事件的發(fā)生。網(wǎng)絡(luò)接口引腳更容易受到ESD事件的影響，因此需要特別注意。

時(shí)鐘輸入（X1）要求

DP83849C支持外部CMOS電平振蕩器源或晶體諧振器設(shè)備作為時(shí)鐘源。如果使用外部振蕩器，X1應(yīng)連接到時(shí)鐘源，X2應(yīng)懸空；如果使用晶體，應(yīng)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)載電容值。

電源反饋電路

為了確保DP83849C的正確運(yùn)行，應(yīng)在引腳31（PFBOUT）附近放置10 μF和0.1 μF的并聯(lián)電容，并將引腳7（PFBIN1）、引腳28（PFBIN2）、引腳34（PFBIN3）和引腳54（PFBIN4）連接到引腳31（PFBOUT），每個(gè)引腳附近還應(yīng)連接一個(gè)0.1 μF的小電容。

電源關(guān)閉/中斷

電源關(guān)閉和中斷功能通過引腳18和引腳44實(shí)現(xiàn)，默認(rèn)情況下，這些引腳作為電源關(guān)閉輸入，中斷功能禁用。通過設(shè)置MICR（11h）寄存器的第0位，可以將引腳配置為低電平有效中斷輸出。端口A和B可以分別使用PWRDOWN_INT_A和PWRDOWN_INT_B引腳進(jìn)行單獨(dú)的電源關(guān)閉操作。

能量檢測(cè)模式

啟用能量檢測(cè)模式后，當(dāng)電纜上沒有活動(dòng)時(shí)，DP83849C將保持低功耗模式，同時(shí)監(jiān)測(cè)傳輸線路。一旦檢測(cè)到線路上有活動(dòng)，設(shè)備將進(jìn)行正常的上電序列。能量檢測(cè)功能由能量檢測(cè)控制寄存器（EDCR）進(jìn)行控制。

鏈路診斷功能

DP83849C具備多種系統(tǒng)診斷功能，用于評(píng)估鏈路質(zhì)量和檢測(cè)雙絞線電纜中的潛在布線故障。這些功能包括鏈路電纜狀態(tài)檢測(cè)（如極性反轉(zhuǎn)、電纜交換檢測(cè)、100Mb電纜長度估計(jì)、頻率偏移和電纜信號(hào)質(zhì)量估計(jì)）、鏈路質(zhì)量監(jiān)測(cè)和TDR電纜診斷。通過軟件配置鏈路診斷寄存器（Page 2），可以實(shí)現(xiàn)這些功能。

八、寄存器塊

DP83849C的寄存器塊包含多個(gè)寄存器，用于控制和監(jiān)測(cè)設(shè)備的各種功能。這些寄存器包括基本模式控制寄存器（BMCR）、基本模式狀態(tài)寄存器（BMSR）、PHY標(biāo)識(shí)符寄存器（PHYIDR1和PHYIDR2）、自動(dòng)協(xié)商廣告寄存器（ANAR）、自動(dòng)協(xié)商鏈路伙伴能力寄存器（ANLPAR）、自動(dòng)協(xié)商擴(kuò)展寄存器（ANER）、自動(dòng)協(xié)商下一頁發(fā)送寄存器（ANNPTR）、PHY狀態(tài)寄存器（PHYSTS）、MII中斷控制寄存器（MICR）、MII中斷狀態(tài)和雜項(xiàng)控制寄存器（MISR）、頁面選擇寄存器（PAGESEL）等。每個(gè)寄存器都有特定的位定義和功能，通過對(duì)這些寄存器的操作，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的各種配置和控制。

九、電氣規(guī)格

絕對(duì)最大額定值

DP83849C的絕對(duì)最大額定值包括電源電壓（-0.5V至4.2V）、直流輸入電壓（-0.5V至Vcc + 0.5V）、直流輸出電壓（-0.5V至Vcc + 0.5V）、存儲(chǔ)溫度（-65°C至150°C）、引腳溫度（焊接時(shí)10秒內(nèi)260°C）和ESD評(píng)級(jí)（4.0kV）。在使用設(shè)備時(shí)，不應(yīng)超過這些絕對(duì)最大額定值，以確保設(shè)備的安全運(yùn)行。

推薦工作條件

推薦的工作條件包括電源電壓（3.3V ± 0.3V）、商業(yè)環(huán)境溫度（0°C至70°C）和功耗（594mW）。在這些條件下使用設(shè)備，可以保證其正常運(yùn)行和性能穩(wěn)定。

DC規(guī)格

DC規(guī)格包括輸入高電壓（VIH）、輸入低電壓（VIL）、輸入高電流（IH）、輸入低電流（IL）、輸出低電壓（VOL）、輸出高電壓（VOH）、三態(tài)泄漏電流（IOZ）等參數(shù)。這些參數(shù)規(guī)定了設(shè)備在直流環(huán)境下的電氣特性，是設(shè)計(jì)電路時(shí)的重要參考依據(jù)。

AC規(guī)格

AC規(guī)格涵蓋了各種時(shí)序參數(shù)，包括上電時(shí)序、復(fù)位時(shí)序、MII串行管理時(shí)序、100 Mb/s MII發(fā)送和接收時(shí)序、100BASE - TX發(fā)送和接收時(shí)序、10 Mb/s MII發(fā)送和接收時(shí)序、10 Mb/s串行模式發(fā)送和接收時(shí)序、10BASE - T發(fā)送和接收時(shí)序、10 Mb/s心跳時(shí)序、10 Mb/s喋喋不休時(shí)序、10BASE - T正常鏈路脈沖時(shí)序、自動(dòng)協(xié)商快速鏈路脈沖（FLP）時(shí)序、100BASE - TX信號(hào)檢測(cè)時(shí)序、100 Mb/s內(nèi)部環(huán)回時(shí)序、10 Mb/s內(nèi)部環(huán)回時(shí)序、RMII發(fā)送和接收時(shí)序、隔離時(shí)序、CLK2MAC時(shí)序和100 Mb/s X1到TX_CLK時(shí)序等。這些時(shí)序參數(shù)對(duì)于確保設(shè)備的正常通信和數(shù)據(jù)傳輸至關(guān)重要，工程師在設(shè)計(jì)電路時(shí)需要嚴(yán)格遵守這些規(guī)格要求。

十、物理尺寸

DP83849C采用薄型四方扁平封裝（TQFP），NS封裝編號(hào)為VHB80A。文檔中提供了詳細(xì)的物理尺寸信息，包括引腳布局、封裝