DP83848C/I/VYB/YB：高性能 10/100 Mb/s 以太网物理层收发器深度解析

在当今数字化时代，以太网连接的需求呈爆发式增长，越来越多的应用场景需要设备具备可靠、高效的以太网通信能力。德州仪器（TI）的 DP83848C/I/VYB/YB 系列 10/100 Mbps 以太网收发器，凭借其卓越的性能和广泛的适用性，成为了众多工程师在设计中青睐的选择。今天，我们就来深入探讨一下这款收发器的特点、功能以及应用设计要点。

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一、产品概述

DP83848C/I/VYB/YB 系列专为满足恶劣环境下的以太网连接需求而设计，其工作温度范围可扩展至 -40°C 至 105°C，远超典型工业温度范围。该系列器件高度可靠、功能丰富且性能强劲，能够在从商业到极端温度的多个温度范围内满足 IEEE 802.3 标准，非常适合无线远程基站、汽车/交通以及工业控制等恶劣环境应用。

1.1 主要特性

• 宽温度范围与低功耗：采用 3.3-V、0.18-µm CMOS 技术，支持 -40°C 至 105°C 的宽温度范围，典型功耗低于 270 mW。
• 多种接口支持：具备 IEEE 802.3 ENDEC、10BASE-T 和 100BASE-TX 收发器及滤波器，支持 3.3-V MAC 接口，拥有 Auto-MDIX 功能（适用于 10/100 Mb/s），还具备 25-MHz 时钟输出和可配置的 SNI 接口。
• 高性能物理层：物理子层具备自适应均衡和基线漂移补偿功能，可实现长达 150 米的无差错运行。
• 丰富的 LED 支持：可编程 LED 支持链路、10/100 Mb/s 模式、活动、双工和冲突检测等状态指示。
• 多种接口模式：支持 RMII Rev. 1.2 接口（可配置）和 MII 串行管理接口（MDC 和 MDIO），具备 IEEE 802.3 MII 和 Auto-Negotiation 及并行检测功能。
• 便捷的状态访问：可通过单个寄存器访问获取完整 PHY 状态，还具备 10/100 Mb/s 数据包 BIST（内置自测试）功能。

1.2 应用场景

• 汽车/交通领域：可用于汽车电子系统、交通运输设备等，确保在复杂的温度和电磁环境下稳定通信。
• 嵌入式应用：适用于各种嵌入式设备，为其提供可靠的以太网连接能力。
• 工业控制与工厂自动化：满足工业控制和工厂自动化系统对实时性和可靠性的要求。

二、功能详解

2.1 自动协商（Auto-Negotiation）

自动协商功能是 DP83848VYB 的一大亮点，它允许链路两端的设备交换配置信息，并自动选择双方支持的最高性能操作模式。该功能通过快速链路脉冲（FLP）突发信号进行通信，支持 10 Mb/s 半双工、10 Mb/s 全双工、100 Mb/s 半双工和 100 Mb/s 全双工四种以太网协议。工程师可以通过内部寄存器访问或使用 AN_EN、AN1 和 AN0 引脚来控制自动协商功能。

2.2 自动 MDIX（Auto-MDIX）

Auto-MDIX 功能可自动选择 MDI 或 MDIX 配置，无需手动干预。它利用自动协商机制确定数据传输和接收的最佳配置，通过随机种子控制交叉电路的切换，完全符合 IEEE 802.3 自动协商和交叉规范。默认情况下该功能是启用的，也可以通过寄存器或引脚进行配置。

2.3 LED 接口

DP83848VYB 支持三个可配置的 LED 引脚，提供三种不同的 LED 模式选择。LED_LINK 引脚可指示链路状态，LED_SPEED 引脚可显示 10 或 100 Mb/s 数据速率，LED_ACT/COL 引脚可根据不同模式指示活动、冲突或全双工状态。此外，还可以通过 LED 直接控制寄存器（LEDCR）直接控制 LED 输出。

2.4 内部回环（Internal Loopback）

内部回环测试模式方便进行系统诊断。通过设置基本模式控制寄存器（BMCR）的第 14 位（Loopback），可以将 MII 发送数据路由到 MII 接收输出。在进行回环测试时，建议先禁用自动协商，以确保设备保持所需的操作模式。

2.5 内置自测试（BIST）

器件内置的 BIST 电路可用于测试发送和接收数据路径的完整性。用户可以选择 9 位或 15 位的伪随机序列进行测试，测试结果存储在 PHY 控制寄存器（PHYCR）的 BIST 状态位中。

三、接口模式

3.1 MII 接口

MII 接口是连接 PHY 设备和 MAC 的标准接口，DP83848VYB 完全符合 IEEE 802.3 标准。该接口包括一个接收总线和一个发送总线，每个总线都有控制信号，用于在 PHY 和上层（MAC）之间进行数据传输。

3.2 RMII 接口

RMII 接口是一种简化的 MII 接口，使用较少的引脚实现 10/100 Mb/s 系统中 PHY 设备与 MAC 的连接。在 RMII 模式下，数据以 2 位为单位进行传输，使用 50-MHz 的 RMII_REF 时钟进行发送和接收。为了适应 50-MHz 参考时钟和恢复的接收时钟之间的潜在频率差异，接收 RMII 功能包括一个可编程弹性缓冲区。

3.3 802.3 MII 串行管理接口

该接口通过管理接口引脚 MDC 和 MDIO 访问 32 个 16 位的状态和控制寄存器。DP83848VYB 实现了所有必需的 MII 寄存器以及几个可选寄存器。通过该接口，工程师可以对设备进行配置和控制，获取状态和错误信息，以及确定所连接 PHY 的类型和能力。

3.4 10 Mb 串行网络接口（SNI）

SNI 接口为仅支持 10-Mb 的设备提供了简单的串行数据接口。该接口使用单独的发送和接收路径，以 10 MHz 的速率进行串行数据时钟传输。

四、编程与寄存器

4.1 寄存器概述

DP83848VYB 包含多个寄存器，用于控制和配置设备的各种功能。这些寄存器包括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（PHYIDR1 和 PHYIDR2）、自动协商广告寄存器（ANAR）等。通过对这些寄存器的操作，工程师可以实现设备的各种功能，如自动协商、回环测试、功率管理等。

4.2 部分重要寄存器介绍

• 基本模式控制寄存器（BMCR）：用于控制设备的基本操作模式，如复位、回环、速度选择、自动协商启用、功率下降等。
• 基本模式状态寄存器（BMSR）：提供设备的基本状态信息，如支持的技术类型、自动协商能力、链路状态等。
• 自动协商广告寄存器（ANAR）：指示设备要广告的自动协商能力，默认情况下会发送所有可用能力，但可以通过写入该寄存器来抑制某些能力。

五、应用设计要点

5.1 典型应用

DP83848VYB 的典型应用电路如图所示，设计要求包括输入电压 Vin = 3.3 V，输出电压 Vout = Vcc - 0.5 V，时钟输入为 25 MHz（MII 模式）或 50 MHz（RMII 模式）。

5.2 TPI 网络电路

对于 10/100 Mb/s 双绞线接口，推荐使用特定的电路和变压器。由于 PCB 和组件特性的差异，用户需要对应用进行测试，以确保电路满足预期应用的要求。

5.3 时钟输入要求

DP83848VYB 支持外部 CMOS 电平振荡器源或晶体谐振器设备。在使用振荡器时，X1 应连接到时钟源，X2 应悬空；在使用晶体时，应选择 25-MHz、并联、20-pF 负载的晶体谐振器，并根据晶体供应商的建议设置负载电容。

5.4 电源反馈电路

为确保设备正常运行，应在 PFBOUT 引脚附近放置 10 µF 和 0.1 µF 的并联电容，并将 PFBOUT 引脚连接到 PFBIN1 和 PFBIN2 引脚。每个 PFBIN 引脚附近应连接一个 0.1 µF 的小电容。

5.5 电源管理与中断

电源下降和中断功能复用在引脚 7 上。默认情况下，该引脚作为电源下降输入，中断功能禁用。通过设置 MICR 寄存器的 INT_OE 位，可以将该引脚配置为有源低中断输出。

5.6 磁学元件

磁学元件对 PHY 性能有很大影响，建议选择包含隔离变压器和集成共模扼流圈的磁学元件，以减少 EMI。在布局时，应避免信号在磁学元件下方走线，以防止不必要的噪声串扰。

5.7 布局指南

PCB 布局时，应将 49.9-Ω、1% 电阻和 0.1-μF 去耦电容放置在 PHYTER TD± 和 RD± 引脚附近，并直接通过过孔连接到 Vdd 平面。应避免在所有信号迹线上出现短截线，特别是差分信号对。差分信号对的迹线应相互平行且长度匹配，以减少延迟差异和共模噪声。

六、总结

DP83848C/I/VYB/YB 系列以太网收发器凭借其宽温度范围、低功耗、丰富的功能和多种接口支持，为工程师在设计以太网连接设备时提供了强大的解决方案。在实际应用中，工程师需要根据具体需求合理选择器件，并遵循相应的设计指南进行布局和调试，以确保设备的性能和可靠性。希望通过本文的介绍，能帮助各位工程师更好地理解和应用这款优秀的收发器。

你在使用 DP83848 系列收发器时遇到过哪些问题？或者对其应用有什么独特的见解？欢迎在评论区分享交流！