ADIN1300低延迟和低功耗10 Mbps、100 Mbps和1 Gbps以太网PHY技术手册

概述
ADIN1300是一款具有低延迟特性的低功耗、单端口、千兆以太网收发器，主要设计用于工业以太网应用。

此设计集成了高能效以太网(EEE)物理层器件(PHY)内核以及所有相关的通用模拟电路、输入和输出时钟缓冲、管理接口和子系统寄存器以及MAC接口和控制逻辑，以便管理复位和时钟控制以及引脚配置。
数据表：*附件：ADIN1300低延迟和低功耗10 Mbps、100 Mbps和1 Gbps以太网PHY技术手册.pdf

ADIN1300采用紧凑型6 mm × 6 mm、40引脚架构芯片级(LFCSP)封装。如果使用3.3 V MAC接口电源，该器件至少可使用2个电源（0.9 V和3.3 V）供电。为实现最大的系统级设计灵活性，可通过单独的VDDIO电源配置数据输入/输出(MDIO)管理和MAC接口电源电压，不用考虑ADIN1300上的另一个电路，允许在1.8 V、2.5 V或3.3 V下工作。上电时，ADIN1300保持在硬件复位状态，直至每个电源已超过其最小上升阈值。通过监视电源以检测一个或多个电源电压是否低于最小下降阈值（参见数据手册中的表19），并将器件保持在硬件复位状态直到电源恢复并满足上电复位(POR)电路要求，从而提供掉电保护。

MII管理接口（也称为MDIO接口）在主机处理器或MAC（也称为管理站(STA)）和ADIN1300之间提供双线式串行接口，以便访问PHY内核管理寄存器中的控制和状态信息。该接口兼容IEEE 802.3标准第22条和第45条管理框架结构。

ADIN1300在千兆速度下支持150米电缆，在100 Mbps或10 Mbps速率下工作时支持180米电缆。

应用

• 工业自动化
• 过程控制
• 工厂自动化
• 机器人/运动控制
• 时间敏感型网络(TSN)
• 楼宇自动化
• 测试与测量
• 工业物联网(IoT)

特性

• 10BASE-Te/100BASE-TX/1000BASE-T IEEE 802.3兼容
• MII、RMII和RGMII MAC接口
• 1000BASE-T RGMII延迟发射<68 ns，接收<226 ns
• 100BASE-TX MII延迟发射<52 ns，接收<248 ns
• 可编程RGMII时序延迟和驱动电流
• 支持TSN
• EMC测试标准
  • IEC 61000-4-5浪涌(±4 kV)
  • IEC 61000-4-4电快速瞬变(EFT) (±4 kV)
  • IEC 61000-4-2 ESD（±6 kV接触放电）
  • IEC 61000-4-6传导抗扰度(10 V)
  • EN55032电磁辐射骚扰（A类）
  • EN55032传导发射（A类）
• 使用多电平引脚绑定的非托管配置
• MDIO/MDC管理接口和中断引脚
• EEE符合IEEE 802.3az标准
• 支持IEEE 1588时间戳数据包起始检测
• 增强型链路检测
• 电压模式MDI驱动器，无需端接电阻
• RJ45 MDI翻转能力
• 自动极性和线对交换校正
• 电缆诊断（TDR和信号分析）
• 帧生成器和检查器，多种环回模式
• 可配置LED
• 晶振频率/25 MHz时钟输入频率（RMII为50 MHz）
• 25 MHz/125 MHz同步时钟输出
• 支持最高16 kB的超长帧
• 小型封装和宽温度范围
  • 40引脚、6 mm x 6 mm LFCSP封装
  • 额定工作温度范围：-40°C至+105℃
• 低功耗
  • 330 mW（对于1000BASE-T）
  • 140 mW（对于100BASE-TX）
  • MAC接口VDDIO电源电压：3.3 V/2.5 V/1.8 V
  • 集成电源监控和POR

框图

时序特征

引脚配置描述

典型性能特征

工作原理

概述

ADN1300是一款低功耗、单端口的千兆以太网收发器，具有低延迟特性，主要为工业以太网应用设计。该设计集成了以太网PHY内核以及所有常见的模拟电路，包括输入和输出时钟缓冲、管理接口和子系统寄存器，以及用于管理复位、时钟控制和硬件引脚配置的MAC接口控制逻辑。

ADN1300通过外部变压器直接连接到双绞线介质，在千兆速率下能够支持长达150米的电缆长度，在100Mbps速率下可支持长达180米。

当选择10Mbps速率时，器件默认以10BASE - Te模式工作，采用10BASE - Te传输电平。可通过软件（使用B10eEn位，见表104 ）将ADN1300配置为使用更大的10BASE - T传输电平的10BASE - T模式。10BASE - Te和10BASE - T模式的唯一区别在于传输电平。将配置为10BASE - Te的电缆与10BASE - T的PHY相连时，假定为正常的Cat5电缆。

ADN1300提供了一系列诊断功能，使用户能够在运行期间或链路断开时分析链路质量。

图19展示了主通道模块的简化概览。以下部分将对每个模块进行描述。

模拟前端（AFE）

AFE级由混合级、可编程增益放大器（PGA）和模数转换器（ADC）组成。混合级的功能是去除双绞线上输入信号中的共模信号，从而允许全双工操作。PGA级在信号到达ADC之前对其进行缩放。增益斜率根据ADC的输出进行控制和调整，以确保施加到ADC的信号在其范围内达到最大值。

物理介质连接（PMA）

PMA模块由前馈均衡器（FFE）级组成，可去除符号间干扰（ISI）。

以太网电缆的双绞线内部未相互屏蔽。因此，一对线上传输的信号会耦合到其他对线上。当发射器与线路不匹配或电缆连接器存在问题时，会观察到反射，表现为回波。输出和串扰估计值由均衡器进行控制。

基线漂移是外部变压器在低频下衰减的结果。当多个符号连续传输时，接收器处的信号会降低。基线漂移模块会监测并进行校正，以降低接收到符号错误的可能性。

发送功能

1000BASE - T模式

在1000BASE - T模式下，PHY内核将8位数据编码为4维5电平脉冲幅度调制（PAM）信号，由PMA通过四对电缆进行传输。

100BASE - TX模式

在100BASE - TX模式下，4位数据首先编码为5位串行比特流，速率为125Mbps。然后，该比特流发送到扰码器，编码为三电平多电平传输（MLT3）格式，由PMA进行传输。

10BASE - Te模式

在10BASE - Te模式下，PHY发送和接收曼彻斯特编码数据。

接收功能

1000BASE - T模式

PMA将接收到的4D PAM信号解码为8位数据。在执行补偿并进行额外清理后，PMA将数据输出到MAC接口的接收引脚。

100BASE - TX模式

PMA在解扰和5位到4位解码后，将接收到的三电平MLT3序列解码为4位数据。

10BASE - Te模式

核心模块对接收的曼彻斯特编码信号进行解码。