Microchip Technology LAN8804 4端口千兆位以太网收发器是低功耗、四端口、三速（10BASE-T/100BASE-TX/1000BASE-T）以太网物理层收发器（PHY），支持通过标准的CAT-5、CAT-5e和CAT-6非屏蔽双绞线（UTP）电缆传输和接收数据。 LAN8804支持行业标准的QSGMII（四路串行千兆位媒体独立接口），在每个方向上使用单个串行链路（差分对）为四个千兆位以太网MAC提供芯片到芯片连接。LAN8804将片上终端电阻用于面向线路的差分对，降低了电路板成本并简化了电路板布局。

数据手册：*附件：Microchip Technology LAN8804 4端口千兆位以太网收发器数据手册.pdf

诊断功能有助于在生产测试和产品部署中进行系统调通和调试。借助LinkMD TDR电缆诊断功能，可识别故障铜缆。集成环回功能支持验证模拟和数字数据路径。Microchip Technology LAN8804 4端口千兆位以太网收发器采用符合RoHS指令的128引脚TQFP封装，具有商业级
（0°C至+85°C）和工业级（-40°C至+85°C）温度范围。

特性

• 四端口千兆位以太网收发器
• QSGMII 1.3版MAC接口
• 巨型帧支持高达16 KB
• 从晶体或外部25/125MHz参考时钟输入提供时钟
• 支持时间敏感网络（TSN）帧抢占，符合IEEE 802.3™-2018第99条
• IEEE 802.3-2018节能以太网（EEE）
• 每端口2个可编程LED输出，用于指示链路、活动和速度
• 昏迷模式，用来消除端口链接启动时的跳动，并同步LED灯。
• 24个GPIO
• 借助LinkMD® TDR电缆诊断功能，可识别故障铜缆
• 信号质量指示
• 用于诊断的环回模式
• 自动MDI/MDI-X交叉，检测和纠正对交换、对偏移和对极性
• 共享管理数据输入/输出 (MDIO) 接口，用于PHY寄存器配置
• 中断引脚选项
• 裸片温度监控器
• 掉电和省电模式
  • 能量检测掉电
  • 芯片断电
  • EEE低功耗空闲模式
  • 对于<70米的电缆，智能节能高达20mW
• 工作电压
  • 数字内核：1.1V（VDDCORE）
  • 模拟操作：1.1V（VDDAL）和2.5V、3.3V（VDD33REF）
  • VDD I/O (VDDIO)：3.3 V、2.5 V或1.8 V
  • 收发器：3.3V或2.5V（VDDAH）
• 128引脚TQFP（14 mm × 14 mm主体）封装
• 温度支持
  • 商用范围：0°C至+85°C
  • -40 °C至+85 °C（工业范围）
• 符合 RoHS 要求

内部方框图

交换机应用

SoC应用

LAN8804四端口千兆以太网收发器技术解析

Microchip Technology的LAN8804是一款高性能、低功耗的四端口千兆以太网物理层收发器(PHY)，支持QSGMII接口，专为企业交换机、工业交换机、蜂窝基础设施和嵌入式系统等应用而设计。本文将深入解析这款芯片的关键技术特性和应用优势。

产品概述

LAN8804是一款四端口三重速率(10BASE-T/100BASE-TX/1000BASE-T)以太网PHY收发器，支持标准CAT-5、CAT-5e和CAT-6非屏蔽双绞线(UTP)电缆上的数据传输和接收。该器件采用128引脚TQFP(14×14 mm)封装，提供商业级(0°C至+85°C)和工业级(-40°C至+85°C)温度范围版本。

主要特性

• ‌四端口千兆以太网收发器‌：支持10/100/1000 Mbps速率自适应
• ‌QSGMII v1.3 MAC接口‌：通过单个串行链路连接四个千兆以太网MAC
• ‌高级节能技术‌：
  • 支持IEEE 802.3能源高效以太网(EEE)
  • 智能节能模式(电缆长度<70米时可节省约20mW)
  • 能量检测断电模式(EDPD)
• ‌ 时间敏感网络(TSN) ‌：支持IEEE 802.3-2018标准第99条定义的帧抢占功能
• ‌增强型诊断功能‌：
  • LinkMD® TDR电缆诊断
  • 信号质量指示(SQI)
  • 多种环回测试模式
• ‌灵活的配置选项‌：24个可编程GPIO，支持多种LED模式和极性配置

技术架构详解

1. 物理层收发器架构

LAN8804采用混合信号/数字信号处理(DSP)架构，包含模拟前端、数字通道均衡器、网格编码器/解码器、回声消除器、串扰消除器和精确时钟恢复方案：

• ‌1000BASE-T收发器‌：
  • 支持4D-PAM5编码
  • 自适应均衡器消除符号间干扰(ISI)
  • 数字回声和近端串扰(NEXT)消除器
  • 时钟恢复电路实现与链路伙伴的精确同步
• ‌100BASE-TX收发器‌：
  • 支持MLT-3编码
  • 自适应均衡器和直流恢复电路
  • 内置扰码器/解扰器
• ‌10BASE-T/10BASE-Te收发器‌：
  • 支持曼彻斯特编码
  • 自动极性校正
  • 能量高效的10BASE-Te模式

2. QSGMII接口设计

LAN8804采用Quad Serial Gigabit Media Independent Interface(QSGMII)技术，通过单个差分对在每个方向上连接四个千兆以太网MAC，显著简化板级布局：

• 符合QSGMII规范v1.3
• 支持5Gbps串行数据速率
• 集成时钟数据恢复(CDR)电路
• 支持多种环回测试模式用于系统调试
• 透明传输EEE低功耗空闲(LPI)符号

3. 电源管理系统

LAN8804提供多种电源管理模式以优化能效：

• ‌智能节能‌：根据电缆长度自动调整ADC分辨率和DSP抽头数
• ‌EEE低功耗空闲模式‌：
  • 空闲时保持链路状态
  • 快速唤醒时间(<16μs @1000BASE-T)
  • 定期刷新传输维持链路同步
• ‌能量检测断电模式‌：
  • 检测无链路伙伴时自动进入低功耗状态
  • 可配置的链路脉冲间隔时间
• ‌软件断电模式‌：通过寄存器控制完全关闭非必要电路

关键应用功能

1. 自动MDI/MDIX

LAN8804支持自动MDI/MDIX功能，可自动检测和纠正双绞线对交换、对偏斜和对极性，无需区分直连线和交叉线：

• 支持所有速率(10/100/1000 Mbps)
• 可通过寄存器禁用(用于诊断目的)
• 状态信息可通过MDIO接口读取

2. 电缆诊断与信号质量监测

• ‌LinkMD® TDR诊断‌：
  • 识别开路、短路和阻抗失配
  • 提供故障距离估计(精度±2-6%)
  • 支持三种测试场景(无链路伙伴、完全被动伙伴、部分主动伙伴)
• ‌ 信号质量指示(SQI) ‌：
  • 支持Open Alliance TC1/TC12标准
  • 提供动态信号质量的均方误差(MSE)值
  • 将MSE映射为0(最差)到7(最佳)的质量指数
  • 1000M和100M速率下的性能关联表

3. 时间敏感网络(TSN)支持

LAN8804支持IEEE 802.3-2018标准中定义的帧抢占功能，可实现：

• 通过mPacket格式插入快速流量
• 支持多种Start mPacket Delimiters(SMDs)
• SOF脉冲生成支持SMD检测
• 实现确定性以太网通信

典型应用设计

1. 工业以太网交换机配置

图2-2展示了基于Microchip VSC7546 SparX-5i和六个LAN8804 PHY的64 Gbps工业以太网交换机配置。这种24×1GbE + 4×10GbE配置利用了QSGMII接口的高密度优势，单个SparX-5i交换机可通过12个QSGMII接口支持多达48个1GbE端口。

2. SoC应用设计

图2-3展示了典型的4 Gbps工业以太网系统级芯片(SoC)应用，使用单个LAN8804 PHY为四端口1GbE SoC提供物理层接口。这种设计特别适合需要高密度网络连接的嵌入式系统。

封装与功耗

LAN8804采用128引脚TQFP封装(14×14 mm体尺寸)，关键热参数：

• 结至环境热阻(ΘJA)：16.72°C/W(静止空气)
• 结至板热阻(ΘJB)：0.11°C/W

典型功耗(四端口全激活)：

• 1000BASE-T链路建立(无流量)：约2.6W(1.16V/3.3V/3.3V供电)
• 1000BASE-T全双工100%利用率：约2.6W
• EEE睡眠状态：约1.6W
• 软件断电模式：低至0.177W