TSB17BA1：IEEE STD 1394b单端口电缆收发器的深度解析

在电子设备的通信领域，IEEE Std 1394b标准为高速数据传输提供了可靠的解决方案。而TSB17BA1作为一款单端口100-Mbps收发器，在支持IEEE Std 1394b标准方面发挥着重要作用。今天，我们就来深入了解一下这款收发器的特点、功能以及应用中的注意事项。

文件下载：TSB17BA1PW.pdf

一、TSB17BA1概述

TSB17BA1完全支持IEEE Std 1394b - 2002在S100B信号速率下的规定，能够通过非屏蔽5类双绞线（UTP5或CAT5）电缆以100 Mbits/s的速度驱动IEEE Std 1394b信号。它具有以下显著特点：

• 供电灵活：支持单3.3 - V电源供电，也可选择双3.3 - V/1.8 - V电源供电。
• 节能设计：具备掉电功能，适用于电池供电的应用场景，可有效节省能源。
• 封装优势：采用低成本、高性能的24引脚TSSOP封装。
• 低功耗模式：在不传输数据时，可将设备置于低功耗状态。

二、功能模块解析

1. 均衡器（Equalizer）

从UTP5电缆接收到的信号会经过均衡器处理，以提高信噪比（SNR），从而更准确地检测数据。

2. 1394b驱动器（1394b Driver）

该模块将均衡器检测和增强后的信号从UTP电缆驱动到1394b PHY端口。

3. 交流耦合（AC Coupling）

此模块可阻挡直流信号进入比较器，仅允许交流信号通过。

4. 比较器（Comparator）

将来自1394b PHY的1394b信号转换为能够驱动UTP5驱动器的电平。

5. UTP5驱动器（UTP5 Driver）

将信号驱动到UTP5电缆上。

6. 上电控制（Power - Up Control）

为设备提供与电源电压状态相关的控制信号。

7. 电压调节器（Voltage Regulator）

将外部提供的3 - 3.6 V电压调节为内部使用的1.8 V电压。

三、端子功能介绍

TSB17BA1的端子功能丰富，不同类型的端子在设备的正常运行中发挥着各自的作用：

1. 测试端子（Test Terminals）

如E_INN、E_INP等，这些端子主要用于未来功能的扩展，在正常运行时，E_INN和E_INP需接地，E_OUT可保持未连接状态。TEST0 - TEST3用于制造测试，正常使用时需拉低到地。

2. IEEE Std 1394b PHY端子

BETA_INP和BETA_INN是交流耦合模块的输入，连接到1394b PHY的TPB +和TPB - 端子；BETA_OUTP和BETA_OUTN是1394b驱动器模块的输出，连接到1394b PHY的TPA +和TPA - 端子。在连接时，要确保正负极差分信号端子的电路板走线匹配且尽可能短，并正确端接传输线。

3. RJ45端子

UTP5_INN和UTP5_INP是来自UTP5电缆的输入，分别连接到RJ45的特定引脚；UTP5_OUTN和UTP5_OUTP是输出到UTP5电缆的端子，也对应RJ45的特定引脚。

4. 电源和接地端子

PD_SE用于全局掉电控制；R0和R1用于设置内部工作电流和电缆驱动器输出电流；VCONTROL通常不连接；VREG_PD用于控制电压调节器的掉电状态；VDDCORE是核心电源，需用1 - µF电容与其他小电容并联进行去耦；VDD33是3.3 - V电源，建议使用高频去耦电容和低频滤波电容；VSSCORE和VSS33分别是核心地和3.3 - V地，需尽可能靠近端子连接到印刷线路板（PWB）的接地平面。

四、电气特性

1. 驱动器特性

• 差分输出电压（BETA）典型值为705 mV，差分输出电压（UTP5）为500 mV。
• Beta驱动电流（BETA_OUTP, BETA_OUTN）在驱动器启用时为12.5 mA，UTP5驱动电流（UTP5_OUTP, UTP5_OUTN）为10 mA。

2. 接收器特性

• 差分阻抗在驱动器禁用时为4 - 7 kΩ，电容为4 pF。
• 共模阻抗在驱动器禁用时为20 kΩ，电容为24 pF。

3. 设备特性

• 静态时，3.3 - V电源电流（内部调节器关闭，1.8 - V电源由外部提供）为4 mA，VDDCORE电源电流也为4 mA；正常运行时，3.3 - V电源电流（内部调节器开启）为50 mA，VDDCORE电源电流为30 mA。

4. 热特性

• 结到自由空气的热阻（高K板）典型值为91.5 °C/W，结到外壳的热阻为41.2 °C/W；在低K板上，结到自由空气的热阻为150.7 °C/W。

5. 开关特性

• 传输抖动在BETA_OUT和BETA_IN之间典型值为2 ns，最大为0.10 ns；传输偏斜在UTP5_OUT和UTP5_IN之间最大为0.20 ns。
• 差分上升时间和下降时间在TP传输时为0.65 ns，在UTP传输（RJ45连接器处）时为3.5 ns。

五、应用信息

1. 信号编码

1394b PHY生成的信号采用8B/10B编码，要发送8位数据需要在电缆上传输10位，以100 Mbits/s的速度传输所需的最大基本频率为62.5 MHz。

2. 连接器引脚

目前IEEE Std 1394b - 2002规定1394b PHY信号到RJ45连接器引脚的连接方式，但有提议将其改为与100baseT以太网相同，这将允许更多100baseT以太网组件用于1394b连接。建议采用新的引脚分配，即TPA +连接到引脚3，TPA - 连接到引脚6。在封闭系统中，使用引脚7和8可减少12 dB的串扰。

3. 电缆连接

IEEE Std 1394b - 2002要求在连接两个设备时，TPB端口的输出连接到TPA端口的输入，即需要进行交叉连接。TSB17BA1本身不具备自动交叉功能，因此需要在外部实现交叉。建议将UTP5连接到引脚1、2、3、6，并随设备配备以太网交叉电缆。对于CAT5结构化布线，通常采用直通布线，可通过交叉电缆实现所需的交叉连接。在特殊情况下，如墙面板支持4针、6针或9针1394b连接器，需要在墙面板的UTP5连接上实现交叉。

4. PCB布局考虑

• UTP5_INP和UTP5_INN信号可能来自100 m的电缆，信号幅度可能较小，易受板载噪声影响。因此，从RJ45连接器通过终端网络到PHY的布线应尽量短，并可采用接地保护蚀刻来保护信号免受板载噪声干扰。
• R1和R0端子之间的精密电阻设置TSB17BA1的内部电流和电压，该连接应尽量短且靠近TSB17BA1，也可采用接地保护蚀刻。
• 为减少信号噪声，应避免在TSB17BA1的19 - 22端子附近布线数字信号或大振幅模拟信号，TSB17BA1的输出信号也应远离这些敏感输入引脚。

六、常见问题及解决方法

1. UTP信号电平检测问题

在某些应用环境中，TSB17BA1可能对超过内部噪声抑制阈值的输入噪声做出响应，原因可能包括电缆过长和组件质量不佳等。可能出现的问题有：

• 部分设备对PCB电源和输入信号噪声敏感，导致BETA_OUT引脚持续驱动，使连接的1394b PHY端口进入阻塞状态。
• 部分设备对PCB和电缆的串扰敏感，在调谐和训练过程中串扰可能耦合到接收数据路径，导致1394b PHY与虚假串扰信号进行协商，使端口进入阻塞状态。
• 信号带宽内的系统或电缆噪声可能转换为差分信号输入到TSB17BA1，错误地产生BETA_OUT信号，导致1394b PHY端口在连接前进入阻塞状态。

解决方法是在TSB17BA1的UTP输入外部提供约51 - mV的直流偏移，可通过连接1.21 - kΩ、1%的电阻从UTP5_INN端子到信号地，用0.1 - µF电容隔离变压器与TSB17BA1，并提供1.3 - V的共模电压来实现。在某些情况下，在连接所有UTP电缆后同时对所有节点进行系统电源循环，可能会降低噪声水平，使系统正常连接和运行，但该方法在大振幅噪声环境下可能对某些问题无效。

2. UTP输出电平问题

TSB17BA1的UTP5_OUT输出驱动电平按照IEEE Std 1394b - 2002规范表12 - 2的传输系统限制进行设计和测试，但产品中的变压器、PCB、连接器等的损耗可能导致UTP传输电平下降，这些降低的输出电平可能不符合1394b规范，但仍可能正常工作，目前暂无解决方法。

综上所述，TSB17BA1是一款功能强大的IEEE Std 1394b单端口电缆收发器，但在应用过程中需要注意其端子连接、信号编码、电缆连接、PCB布局等方面的问题，同时要关注可能出现的常见问题及解决方法，以确保设备的正常运行。大家在实际应用中是否遇到过类似的问题呢？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验。