DP83825I低功耗10/100Mbps以太网物理层收发器详解

在当今的电子设备中，以太网通信扮演着至关重要的角色。对于工程师来说，选择一款合适的以太网物理层收发器是设计成功的关键。今天，我们就来详细探讨一下德州仪器（TI）的DP83825I低功耗10/100Mbps以太网物理层收发器。

文件下载：dp83825i.pdf

1. 特性亮点

1.1 超小型封装与长距离传输

DP83825I采用了超小型的3mm×3mm、24引脚的QFN封装，这使得它在空间受限的设计中具有很大的优势。同时，它支持通过CAT5e电缆实现最长150米的传输距离，为一些需要长距离通信的应用提供了可能。

1.2 超低功耗设计

在功耗方面，DP83825I表现出色，其功耗低于127mW。此外，它还集成了MDI与MAC终端电阻器，进一步降低了系统的功耗。它支持多种节能模式，如主动睡眠、深度断电和节能以太网（EEE）IEEE 802.3az，这些模式可以根据实际应用场景灵活选择，以达到最佳的节能效果。对于传统的MAC，它也能提供节能以太网支持，并且还具备局域网唤醒（WoL）功能，方便在需要时唤醒设备。

1.3 丰富的接口与功能

DP83825I支持RMII（主模式与从模式）接口，这种接口为设计提供了更多的灵活性。它采用单个3.3V电源供电，I/O电压支持1.8V和3.3V，适用于不同的系统环境。此外，它还具备中继器功能，可在非托管模式下实现RMII背对背模式。它还提供了用于配置与状态的MDC/MDIO接口，方便工程师进行调试和监控。

1.4 强大的诊断工具

为了便于开发与调试，DP83825I提供了丰富的诊断工具，如电缆诊断、内置自检（BIST）和环回模式。它还具备可编程的硬件中断引脚，能够及时反馈系统的状态。其工作温度范围为 -40°C至85°C，能够适应较为恶劣的工作环境。

2. 应用领域

DP83825I的应用领域非常广泛，主要包括楼宇自动化和工厂自动化。在楼宇自动化中，它可用于IP摄像头、电机驱动器和电子销售终端等设备。在工厂自动化中，它也能为各种设备提供稳定的以太网通信支持。

3. 引脚配置与功能

DP83825I的引脚配置是设计中需要重点关注的部分。不同的引脚具有不同的功能，如TX EN引脚用于RMII发送使能，50MHzOut/LED2引脚在RMII主模式下输出50MHz时钟，在从模式下可作为LED_2使用，还可通过寄存器配置为GPIO。INTR/PWRDN引脚默认作为断电功能使用，也可配置为中断引脚。了解这些引脚的功能和特性，对于正确使用DP83825I至关重要。

4. 规格参数

4.1 绝对最大额定值

在使用DP83825I时，需要注意其绝对最大额定值，如模拟电源电压、IO电源电压、结温、存储温度等。超出这些额定值可能会对器件造成永久性损坏。

4.2 ESD等级

该器件的ESD等级也有明确规定，所有引脚（MDI除外）的人体放电模型为±1.5kV，媒体相关接口（MDI）引脚为+5kV。在设计和使用过程中，需要采取相应的防静电措施，以确保器件的可靠性。

4.3 建议运行条件

建议运行条件包括模拟电源电压、IO电源电压、工作温度等。遵循这些建议条件，能够保证器件的正常运行和性能稳定。

4.4 热性能信息

了解DP83825I的热性能信息，如结至环境热阻、结至外壳热阻等，有助于在设计散热方案时做出合理的决策。

4.5 电气特性和时序要求

电气特性和时序要求是设计中需要严格遵守的参数。例如，在不同的工作模式下，其功耗和电流需求会有所不同。同时，上电时序、复位时序、RMII发送和接收时序等都有明确的要求，这些要求直接影响到器件的正常工作。

5. 详细说明

5.1 功能概述

DP83825I是一款符合IEEE802.3 10BASE-Te与100BASE-TX标准的全功能单端口物理层收发器。它采用集成LDO的3.3V单电源供电设计，允许3.3V或1.8V的I/O电压接口。通过混合信号处理，它能够在不超过150米的CAT5e双绞线上实现稳健运行。

5.2 特性说明

5.2.1 自动协商与自动MDIX分辨率

自动协商功能通过交换快速链路脉冲（FLP）实现，能够确保根据链路伙伴与本地器件公布的能力，选择最高通用速度。自动MDIX分辨率则能够确定使用“直通”电缆还是“交叉”电缆来连接链路伙伴，并可通过硬件或寄存器配置进行启用或禁用。

5.2.2 节能以太网

节能以太网（EEE）是DP83825I的一个重要特性，它能够在低功耗空闲（LPI）模式下运行，以节省功耗。在自动协商期间，会广播节能以太网功能，只有当两个链路伙伴都支持该功能时，才能启用。对于不支持通过MAC发送节能以太网信令的传统MAC，也可通过寄存器配置来启用节能模式。

5.2.3 局域网唤醒数据包检测

局域网唤醒（WoL）功能允许位于物理层上方的连接器件在检测到具有合格凭证的帧以前，保持低功耗状态。支持的局域网唤醒帧类型包括魔术包和具有安全匹配的魔术包，当接收到合格的唤醒帧时，会通过GPIO引脚或状态中断标志通知连接的控制器。

5.2.4 低功耗模式

DP83825I支持主动睡眠、IEEE断电和深度断电三种低功耗模式。在主动睡眠模式下，除了TD±与RD±引脚上的SMI与能量检测电路外，PHY所有内部电路都会关断。IEEE断电能够关断所有PHY电路（SMI与内部时钟电路除外），深度断电模式则能进一步关断PHY PLL，以降低功耗。

5.2.5 RMII接口与中继器模式

RMII接口为设计提供了一种引脚数更少的替代方案，支持100BASE-TX与10BASE-Te。它有RMII从器件和RMII主器件两种操作模式。DP83825I还提供了中继器模式，可在非托管模式下扩展电缆长度。

5.2.6 串行管理接口

串行管理接口支持访问DP83825I内部寄存器空间，以便获得状态信息与配置。它符合IEEE 802.3第22条，通过管理时钟（MDC）和管理输入/输出数据引脚（MDIO）实现通信。

5.2.7 100BASE-TX与10BASE-Te收发器

100BASE-TX发送器由多个功能块组成，能够将MII提供的同步4位半字节数据转换为MDI上的扰频MLT-3 125Mbps串行数据流。10BASE-Te收发器模块符合IEEE 802.3标准，具备静噪、正常链路脉冲检测和生成、Jabber检测等功能。

5.2.8 环回模式与BIST配置

DP83825I提供了多种环回模式，如MII环回、PCS环回、数字环回、模拟环回和反向环回，可用于测试与验证PHY内的各种功能块。BIST配置能够模拟线路上的假随机数据传输场景，实现对数据包长度和IPG的完全控制。

5.2.9 电缆诊断与快速链路丢弃功能

电缆诊断功能通过时域反射仪（TDR）实现，能够检测电缆开路、短路等各种故障。快速链路丢弃功能则可根据RX错误计数、MLT3错误计数、低SNR阈值和信号/能量耗损等条件，快速丢弃链路，以保证系统的稳定性。

5.3 器件功能模式

DP83825I提供了优化电缆长度与功耗的模式，包括默认模式、低功耗模式、电缆长度优化模式和支持节能以太网功能的电缆长度优化模式。不同的模式需要通过不同的寄存器配置来实现，工程师可以根据实际需求进行选择。

5.4 编程与寄存器配置

DP83825I提供了丰富的寄存器，用于编程与状态配置。这些寄存器包括BMCR_Register、BMSR_Register、PHYIDR1_Register等，每个寄存器都有其特定的功能和配置要求。了解这些寄存器的使用方法，对于实现器件的各种功能至关重要。

6. 应用和实施

6.1 设计要求

在将DP83825I用于以太网应用时，需要满足一定的设计要求。例如，AVD电源为3.3V，VDDIO电源为3.3V或1.8V，基准时钟输入为25MHz或50MHz（RMII从模式）。同时，时钟要求也需要根据实际情况选择外部CMOS级振荡器源或带有外部晶体的内部振荡器。

6.2 详细设计过程

在设计过程中，RMII布局和MDI布局都有一些指南需要遵循。RMII信号为单端信号，布线要以50Ω阻抗接地，长度应尽可能缩短。MDI信号为差分信号，需要以50Ω的接地阻抗与100Ω的差分控制阻抗布线，并将其布线至同一层的变压器上。同时，还需要注意TPI网络电路和VOD配置的设计。

6.3 电源相关建议

DP83825I能够在3.3V或1.8V的I/O电源电压以及3.3V模拟电源电压下工作。在电源时序方面，VDDIO完全斜升后，需要VDDA3V3。建议使用电源去耦合网络，以确保电源的稳定性。

6.4 布局指南

在布局时，信号布线要尽可能短，阻抗要可控，避免出现残桩。差分对内的布线要相互平行，长度匹配。返回路径要保持连续，避免信号布线之间的返回路径中断。变压器布局要确保下方没有金属层，以减少噪声干扰。同时，建议至少使用四层PCB，以满足信号完整性和性能要求。

7. 器件和文档支持

TI为DP83825I提供了完善的器件和文档支持。工程师可以通过ti.com接收文档更新通知，也可以在TI E2E™中文支持论坛上获取快速、经过验证的解答和设计帮助。但需要注意静电放电的问题，避免对器件造成损坏。

DP83825I是一款功能强大、性能稳定的以太网物理层收发器。在设计过程中，工程师需要充分了解其特性、引脚配置、规格参数和详细说明，严格遵循设计要求和布局指南，以确保设计的成功。希望本文能够对各位工程师在使用DP83825I进行设计时有所帮助。你在实际设计中是否遇到过类似器件的使用问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。