深入解析KS8737：10/100BaseTX/FX MII物理层收发器

在当今的网络通信领域，物理层收发器扮演着至关重要的角色。今天，我们就来详细探讨一下Micrel公司的KS8737，一款3.3V 10/100BaseTX/FX MII物理层收发器。

文件下载：KS8737-EVAL.pdf

一、产品概述

KS8737工作在3.3V电压下，满足低电压和低功耗的要求。它为数据的传输和接收提供了MII接口，包含100BaseTX/FX物理介质附件（PMA）、物理介质相关（PMD）和物理编码子层（PCS）功能。此外，芯片还集成了10BaseT编码器/解码器和输出滤波功能，无需外部滤波器，使用一组线路磁性元件就能同时满足100BaseTX/FX和10BaseT的要求。

通过片上自动协商算法，KS8737能自动配置为100或10Mbps以及全双工或半双工操作，是100BaseTX/100BaseFX/10BaseT应用中物理层收发器的理想选择。相关的数据手册和支持文档可在Micrel的网站（www.micrel.com）上找到。

二、产品特性

2.1 单芯片解决方案

KS8737是一款单芯片的100BaseTX/100BaseFX/10BaseT物理层解决方案，集成度高，能有效减少电路板空间和成本。

2.2 低功耗设计

采用3.3V CMOS设计，工作电流为70mA（不包括发射输出驱动电流），功耗较低，适合对功耗有要求的应用场景。

2.3 标准兼容性

完全符合IEEE 802.3u标准，确保了与其他符合该标准的设备的兼容性。

2.4 接口支持

支持媒体独立接口（MII）模式，可方便地与上层设备进行数据交互。同时支持10BaseT、100BaseTX和100BaseFX光纤通道，并具备远端故障检测功能。

2.5 电源管理

支持掉电模式和节能模式，能根据实际需求灵活调整功耗，延长设备的续航时间。

2.6 配置方式

可通过MII串行管理端口或外部控制引脚进行配置，方便用户根据不同的应用场景进行设置。

2.7 模式选择

支持10Mbps或100Mbps速度的自动协商和手动选择，以及全双工和半双工模式的自动协商和手动选择。

2.8 操作模式

支持标准CSMA/CD或全双工操作，可在10Mbps或100Mbps下稳定工作。

2.9 内置滤波

片上内置了100BaseTX和10BaseT的滤波功能，能有效减少干扰，提高信号质量。

2.10 LED指示

提供用于链路、活动、全/半双工、冲突和速度的LED输出，方便用户实时了解设备的工作状态。

2.11 媒体转换支持

支持背靠背FX到TX的媒体转换，适用于媒体转换器应用。

2.12 封装形式

采用64引脚TQFP表面贴装封装（10 mm × 10 mm × 1.0 mm），便于安装和焊接。

三、引脚描述

KS8737共有64个引脚，每个引脚都有特定的功能。以下是一些关键引脚的介绍：

• 电源引脚：VDD为3.3V电源引脚，GND为接地引脚。
• 时钟引脚：X1为晶体振荡器输入引脚，X2为晶体振荡器输出引脚。
• 模式选择引脚：MODE0和MODE1为模式选择输入引脚，可在复位和上电时设置操作模式。
• 数据接口引脚：TXD[3:0]为MII发送数据输入引脚，RXD[3:0]为MII接收数据输出引脚；TXC为MII发送时钟输出/背靠背模式时钟输入引脚，RXC为MII接收时钟输出引脚。
• 控制引脚：TXEN为MII发送使能输入引脚，RXENB为MII接收使能输入引脚；CRS为MII载波检测输出引脚，COL为MII冲突检测输出引脚。

四、功能描述

4.1 100BaseTX发送

100BaseTX发送功能包括并行到串行转换、NRZ到NRZI转换、MLT - 3编码和传输。首先将25MHz、4位半字节转换为125MHz的串行比特流，然后进行NRZ到NRZI的转换，最后以MLT3电流输出。输出电流由外部1% 22.1kΩ电阻设置，上升/下降时间典型值为4ns，符合ANSI TP - PMD标准。

4.2 100BaseTX接收

100BaseTX接收功能包括自适应均衡、直流恢复、MLT - 3到NRZI转换、数据和时钟恢复、NRZI到NRZ转换以及串行到并行转换。接收端首先通过均衡滤波器补偿双绞线电缆上的符号间干扰，然后进行直流恢复和数据转换，最后提取时钟并将NRZ串行数据转换为4位并行4B半字节。

4.3 PLL时钟合成器

KS8737为系统定时生成125MHz、25MHz和20MHz时钟，内部晶体振荡器电路为合成器提供参考时钟。

4.4 扰码器/解扰码器（仅适用于100BaseTX）

扰码器的作用是扩展信号的功率谱，以减少电磁干扰（EMI）和基线漂移。KS8737提供扰码器旁路模式，用于测试目的。

4.5 10BaseT发送

当TXEN（发送使能）信号为高时，数据编码和传输开始。只要TXEN保持高电平，KS8737就会继续编码和发送数据。数据传输在TXEN变为低电平时结束。

4.6 10BaseT接收

接收端采用输入缓冲器和电平检测静噪电路，通过差分输入接收器电路和PLL进行解码。静噪电路可拒绝低于300mV或脉冲宽度较短的信号，防止噪声误触发解码器。

4.7 SQE和Jabber功能（仅适用于10BaseT）

在10BaseT操作中，每个数据包发送后会在COL引脚上输出一个短脉冲，用于测试10BaseT发送/接收路径。如果TXEN高电平持续超过46us（Jabbering），10BaseT发送器将被禁用，COL引脚变为高电平；当TXEN低电平持续超过368us，10BaseT发送器将重新启用，COL引脚变为低电平。

4.8 自动协商

KS8737可通过硬件（mode[1:0]）或软件（寄存器0.12）进行自动协商。它会自动选择操作模式，通过广告自身能力并与链路伙伴的能力进行比较。自动协商在FX模式下禁用。

4.9 MII管理接口

KS8737支持IEEE 802.3 MII管理接口，允许上层设备监控和控制KS8737的状态。该接口包括数据线（MDIO）、时钟线（MDC）和可选的中断线（INTRPT），并遵循特定的协议。

4.10 MII数据接口

数据接口包括从10/100 802.3兼容媒体访问控制器（MAC）到KS8737的发送通道和从线路接收数据的通道。正常数据传输采用4B半字节模式。

4.11 电源管理

KS8737提供掉电模式和节能模式。掉电模式可通过写入寄存器0.11或拉高PWRDWN引脚实现；节能模式可通过写入寄存器1fh.15或使用外部初始化引脚启用。

4.12 光纤模式

通过将FXMODEB（引脚46）置低可激活光纤模式。在该模式下，FIBP/M为接收端口，TXP/M为发送端口。当FXSD > FXSD_THD且接收到正确的空闲模式时，链路建立；否则，发送远端故障（FEF）模式。

4.13 媒体转换器模式

KS8737提供一种特殊的光纤模式，允许使用两个KS8737进行背靠背FX到TX的媒体转换。通过外部1k电阻拉高引脚32可激活该模式。

五、寄存器映射

KS8737有多个寄存器，用于配置和监控设备的状态。以下是一些重要寄存器的介绍：

• 基本控制寄存器（0h）：用于软件复位、设置速度、启用自动协商、控制电源模式等。
• 基本状态寄存器（1h）：用于显示设备的基本状态，如是否支持100BaseT4、100BaseTX全/半双工、10BaseT全/半双工等。
• 自动协商广告寄存器（4h）：用于广告设备的能力，如是否支持下一页、远程故障、暂停功能等。
• 自动协商链路伙伴能力寄存器（5h）：用于显示链路伙伴的能力。
• 中断控制/状态寄存器（1bh）：用于启用和监控各种中断，如Jabber中断、接收错误中断等。

六、电气特性

6.1 绝对最大额定值

• 电源电压（VDD）：+4.0V
• 电源参考地：–0.5V至+7.0V
• 输出电压（所有输出）：–0.5V至+4.0V
• 引脚温度（焊接，10秒）：270°C
• 存储温度（TS）：–55°C至+150°C
• 输入电压（所有输入）：–0.5V至+4.0V

6.2 工作额定值

• 电源电压（VDD）：+3.135V至+3.465V
• 环境温度（TA）：0°C至+70°C
• 封装热阻（TQFP，无气流）：53.7°C/W

6.3 电气参数

不同工作模式下的总电源电流、TTL输入输出电压、100BaseTX和10BaseT的接收和发送参数等都有详细的规定，具体参数可参考文档中的表格。

七、隔离变压器和参考晶体选择

7.1 隔离变压器选择

在线路接口处需要一个简单的1:1隔离变压器，推荐使用集成共模扼流圈的隔离变压器以满足FCC要求。变压器的特性包括匝数比、开路电感、漏电感、绕组间电容、直流电阻、插入损耗和耐压等。

7.2 参考晶体选择

推荐使用具有以下典型特性的振荡器或晶体：频率为25.00000MHz，频率公差最大为±100ppm，负载电容最大为20pF，串联电阻最大为25Ω。

八、总结

KS8737是一款功能强大、性能稳定的10/100BaseTX/FX MII物理层收发器。它具有低功耗、高集成度、标准兼容性好等优点，适用于各种网络通信应用。在设计过程中，需要根据具体的应用场景合理选择引脚配置、寄存器设置和外部元件，以确保设备的正常运行。你在使用KS8737的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。