DP83848x以太网收发器：小身材大能量

在嵌入式系统的设计中，以太网收发器是实现网络通信的关键组件。今天，我们就来深入探讨一下德州仪器（TI）的DP83848x系列单端口10/100 MB/s以太网收发器，看看它有哪些独特的特性和优势，以及在实际应用中如何进行设计和布局。

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1. 设备概述

1.1 特性亮点

DP83848x采用低功耗3.3-V、0.18-µm CMOS技术，具有诸多令人瞩目的特性。它支持10/100 Mb/s的Auto-MDIX功能，能自动调整网线连接，消除布线的复杂性。其3.3-V的MAC接口，搭配RMII Rev. 1.2接口（可配置）和MII接口，为设计提供了更多的灵活性。

在信号处理方面，它集成了IEEE 802.3的自动协商和并行检测功能，以及ENDEC、10BASE-T和100BASE-TX的收发器和滤波器，能确保数据的可靠传输。同时，物理子层具备自适应均衡和基线漂移补偿功能，可实现超过137米的无差错运行。

ESD保护能力大于4 kV人体模型，为设备提供了极高的可靠性。此外，DP83848J/K具有可配置的LED指示灯，用于显示链路和活动状态；DP83848H/M/T则提供25-MHz的时钟输出，能满足不同的应用需求。

1.2 应用场景广泛

DP83848x适用于多种应用场景，包括外围设备、移动设备、工厂和楼宇自动化以及基站等。其高性能和小尺寸的特点，使其在空间敏感的应用中表现出色。

1.3 性能卓越

该设备不仅满足IEEE规格要求，还具有卓越的互操作性和行业领先的性能。在超过137米的Cat-V电缆上，仍能保持稳定的通信。此外，它的ESD保护能力和可配置的LED指示灯，进一步提升了其在各种应用中的可靠性和易用性。

2. 引脚配置与功能

DP83848x的引脚分为多个接口类别，包括串行管理接口、MAC数据接口、时钟接口、LED接口、复位、 strap选项、10/100 Mb/s PMD接口、特殊连接和电源引脚等。

2.1 串行管理接口

由MDC和MDIO组成，MDC作为同步时钟，最大时钟速率为25 MHz；MDIO为双向管理指令/数据信号，需要一个1.5-kΩ的上拉电阻。

2.2 MAC数据接口

包含COL、CRS/CRS_DV、RX_CLK等多个信号，用于实现数据的收发和碰撞检测等功能。例如，COL信号在半双工模式下用于指示碰撞，而CRS/CRS_DV信号则用于指示载波检测。

2.3 时钟接口

X1为主要的时钟参考输入，支持外部晶体谐振器或CMOS振荡器；X2为晶体输出，若使用外部CMOS振荡器，则该引脚需悬空。

2.4 LED接口

DP83848J/K的LED_LINK和LED_SPEED引脚可用于配置链路和速度状态，为用户提供直观的状态指示。

2.5 复位

通过RESET_N引脚进行硬件复位，或通过设置BMCR寄存器的复位位进行软件复位，复位后所有寄存器将重新初始化为默认值。

2.6 Strap选项

DP83848x使用多个功能引脚作为strap选项，在复位时采样这些引脚的值，以将设备设置为特定的操作模式。

2.7 10/100 Mb/s PMD接口

TD-、TD+和RD-、RD+为差分收发接口，在Auto-MDIX模式下可自动切换收发功能，且需要3.3-V的偏置电压。

2.8 特殊连接

RBIAS引脚需连接一个4.87-kΩ 1%的电阻到GND；PFBOUT为电源反馈输出，需连接到PFBIN1和PFBIN2，并在附近放置合适的电容。

2.9 电源引脚

包括IOVDD33、IOGND、DGND、AVDD33和AGND等，为设备提供稳定的电源供应。

3. 详细规格

3.1 绝对最大额定值

了解设备的绝对最大额定值非常重要，例如Vcc的范围为-0.5至4.2 V，最大结温为150℃等。超出这些额定值可能会导致设备永久性损坏。

3.2 ESD额定值

该设备的ESD保护能力较强，人体模型（HBM）为+4000 V，带电设备模型（CDM）为+1000 V，能有效防止静电对设备的损害。

3.3 推荐工作条件

在不同的温度范围下，如商业级（DP83848J/M）为0至70℃，工业级（DP83848K/T）为-40至85℃，极端级（DP83848H）为-40至125℃，设备都能正常工作。同时，电源电压推荐为3.3 V ±0.3 V。

3.4 热信息

了解设备的热性能，如结到环境的热阻等参数，有助于在设计中进行合理的散热布局。

3.5 DC和AC规格

包括输入输出电压、电流、电容等参数，以及AC时序要求，这些规格对于确保设备的正常运行至关重要。

4. 功能描述

4.1 自动协商

DP83848x支持自动协商功能，通过Fast Link Pulse（FLP）突发信号与对端设备交换配置信息，自动选择最高性能的操作模式。该功能可通过内部寄存器访问或AN0和AN1引脚进行控制。

4.2 Auto-MDIX

默认启用，能根据自动协商结果选择合适的MDI对进行数据的收发。可通过strap或PHYCR寄存器进行配置，强制交叉MDI对时，可通过FORCE_MDIX位实现。

4.3 LED接口

DP83848J/K的LED引脚可用于指示链路和速度状态，且其极性取决于引脚的上拉或下拉设置。同时，可通过LED直接控制寄存器（LEDCR）对LED进行直接控制。

4.4 内部回环

通过设置基本模式控制寄存器（BMCR）的Loopback位，可将MII发送数据路由到MII接收输出，用于系统诊断。在选择回环模式前，建议禁用自动协商，以确保所需的操作模式。

4.5 BIST

内置的内置自测试（BIST）电路可用于测试收发数据路径的完整性。可选择9位或15位的伪随机序列，通过比较接收数据和生成的伪随机数据来判断测试结果。

4.6 能量检测模式

启用能量检测功能后，当电缆上无活动时，设备将进入低功耗模式，同时监测传输线。当检测到活动时，将恢复正常的上电序列。该功能通过能量检测控制寄存器（EDCR）进行控制。

5. 编程与内存

5.1 架构

DP83848x的编程涉及100BASE-TX和10BASE-T的收发模块，每个模块包含多个功能块，如编码、解码、滤波等。

5.2 寄存器块

设备包含多个寄存器，如基本模式控制寄存器（BMCR）、基本模式状态寄存器（BMSR）、PHY标识符寄存器等，用于控制和监测设备的各种功能和状态。

6. 应用、实现与布局

6.1 应用信息

DP83848x作为物理层以太网收发器，典型工作电压为3.3 V，功耗小于270 mW。在以太网应用中，需满足一定的设计要求，如时钟输入、电源供应等。

6.2 典型应用

设计中需要考虑TPI网络电路、时钟输入、电源反馈电路和磁珠等因素。例如，TPI网络电路推荐使用特定的变压器；时钟输入可选择外部CMOS振荡器或晶体谐振器；电源反馈电路需合理放置电容；磁珠的选择应满足一定的参数要求，以减少EMI。

6.3 布局指南

在PCB布局时，应遵循一些原则。如将49.9-Ω、1%的电阻和0.1-μF的去耦电容靠近PHYTER的TD+/-和RD+/-引脚，并直接连接到$V_{DD}$平面。避免在信号迹线上出现分支，特别是差分信号对，应保持迹线长度匹配，以减少共模噪声和EMI。同时，信号迹线不应跨越平面分割，以免影响信号质量。

6.4 电源供应建议

$V{DD}$供应引脚应使用低阻抗的0.1-μF表面贴装电容进行旁路，电容应尽可能靠近组件的$V{DD}$供应引脚。在某些系统中，可在供应引脚串联0-Ω电阻，以提供灵活性。此外，PCB应至少有一个实心接地平面和一个实心$V_{DD}$平面，以提供低阻抗的电源和返回路径。

7. 设备与文档支持

7.1 文档支持

提供了相关的应用报告，如AN-1405、AN-1540和AN-1548等，可帮助工程师更好地理解和使用该设备。

7.2 相关链接

提供了技术文档、支持和社区资源、工具和软件以及样品购买等快速访问链接，方便工程师获取所需的信息。

7.3 静电放电注意事项

该集成电路易受ESD损害，德州仪器建议在处理时采取适当的预防措施，以避免设备损坏。

8. 机械封装与订购信息

DP83848x采用WQFN封装，具有0.8 mm的最大高度。文档中提供了详细的封装尺寸、引脚分配、焊接要求等信息，以及不同温度范围和包装选项的订购信息。

DP83848x以太网收发器以其高性能、小尺寸和丰富的功能，为嵌入式系统的网络通信提供了优秀的解决方案。在实际应用中，我们需要根据具体的需求，合理选择设备型号，正确进行引脚配置和功能设置，并遵循布局和电源供应的建议，以确保设备的稳定运行。你在使用类似的以太网收发器时，遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。