DP83867E/IS/CS以太網(wǎng)物理層收發(fā)器：特性與設(shè)計要點詳解

在如今這個數(shù)據(jù)驅(qū)動的時代，以太網(wǎng)通信在各個領(lǐng)域都扮演著至關(guān)重要的角色。DP83867E/IS/CS作為一款穩(wěn)健型低功耗全功能物理層收發(fā)器，為10/100/1000以太網(wǎng)應(yīng)用帶來了高性能與可靠性。今天，我們就來深入探討這款收發(fā)器的特性、應(yīng)用、詳細(xì)配置以及設(shè)計要點。

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一、DP83867 特性亮點

超低延遲與高兼容性

DP83867具備超低延遲，TX < 90ns，RX < 290ns，完全符合時間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）標(biāo)準(zhǔn)，這對于對時間精度要求極高的工業(yè)控制、自動化等領(lǐng)域來說至關(guān)重要。同時，它還支持RGMII和SGMII MAC接口選項，可配置I/O電壓（3.3V、2.5V、1.8V），能輕松適配不同的系統(tǒng)環(huán)境。

高抗擾性與低功耗

該收發(fā)器超過8000V IEC 61000 - 4 - 2 ESD保護(hù)等級，能有效抵御靜電干擾，符合EN55011 B類發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)，減少電磁輻射干擾。而且它采用低功耗設(shè)計，滿功率運(yùn)行時僅消耗457mW，還支持局域網(wǎng)喚醒（WoL）數(shù)據(jù)包檢測功能，可進(jìn)一步降低系統(tǒng)功耗。

其他實用特性

DP83867還集成了MDI終端電阻器，提供16種可編程RGMII延遲模式，支持IEEE 1588時間戳幀起始檢測、RJ45鏡像模式等。它完全符合IEEE 802.3 10BASE - Te、100BASE - TX和1000BASE - T規(guī)范，并具備電纜診斷功能，為網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了全面保障。

二、廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域

DP83867的應(yīng)用場景十分廣泛，涵蓋電機(jī)驅(qū)動器、工廠自動化、現(xiàn)場總線支持、工業(yè)嵌入式計算、有線和無線通信基礎(chǔ)設(shè)施、測試和測量以及消費(fèi)類電子產(chǎn)品等多個領(lǐng)域。在工業(yè)環(huán)境中，它的高抗擾性和低延遲特性能夠確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確實時傳輸；在消費(fèi)電子領(lǐng)域，低功耗設(shè)計則能延長設(shè)備的續(xù)航時間。

三、詳細(xì)功能解讀

1. 喚醒局域網(wǎng)（WoL）功能

該功能允許通過特殊的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包（Magic Packet）將DP83867從低功耗狀態(tài)喚醒。Magic Packet必須字節(jié)對齊，并滿足LAN技術(shù)的基本要求，如源地址、目的地址等。通過配置相關(guān)寄存器，可實現(xiàn)對Magic Packet的檢測和喚醒功能，還支持包含安全密碼的Magic Packet以及模式匹配喚醒。

2. IEEE 1588時間戳幀起始檢測

DP83867支持在接收和發(fā)送路徑的SFD（幀起始定界符）處提供IEEE 1588指示脈沖。該脈沖可用于提高數(shù)據(jù)包時間戳的準(zhǔn)確性，但由于1000BASE - T的架構(gòu)定義，SFD脈沖仍存在一定的延遲變化。不過，通過設(shè)置Sync FIFO Control Register并采取相應(yīng)的補(bǔ)償方法，可以有效減少這種變化的影響。

3. 時鐘輸出

DP83867擁有多個內(nèi)部時鐘，包括本地參考時鐘、以太網(wǎng)發(fā)送時鐘和以太網(wǎng)接收時鐘。通過I/O Configuration寄存器，可將這些內(nèi)部時鐘配置為通過CLK_OUT引腳輸出，輸出時鐘可以同步到XI振蕩器/晶體輸入、接收數(shù)據(jù)或線路驅(qū)動器發(fā)送時鐘等，滿足不同的時鐘同步需求。

4. 設(shè)備功能模式

MAC接口

支持通過SGMII和RGMII連接到以太網(wǎng)MAC。SGMII Enable（LED_0）strap可控制SGMII MAC接口的開關(guān)，且SGMII的優(yōu)先級高于RGMII。SGMII接口采用1.25 - Gbps LVDS差分信號，能減少EMI輻射；RGMII接口則通過減少引腳數(shù)量來實現(xiàn)MAC和PHY的互連。

自動協(xié)商

所有1000BASE - T PHYs都需支持自動協(xié)商功能，DP83867也不例外。其自動協(xié)商功能主要用于速度和雙工選擇、主從模式確定以及暫停或非對稱暫停分辨率的協(xié)商。此外，它還支持Next Page協(xié)議和并行檢測功能，可在鏈路伙伴不支持自動協(xié)商時自動配置正確的技術(shù)。

環(huán)回模式

提供多種環(huán)回模式，包括近端環(huán)回（如MII環(huán)回、PCS環(huán)回、數(shù)字環(huán)回、模擬環(huán)回）和遠(yuǎn)端（反向）環(huán)回，可用于測試和驗證PHY內(nèi)的各種功能模塊。不同的環(huán)回模式適用于不同的速度和MAC接口，可通過配置Loopback Configuration Register來選擇。

內(nèi)置自測試（BIST）

該器件集成了內(nèi)部PRBS BIST電路，可用于測試發(fā)送和接收數(shù)據(jù)路徑的完整性。通過設(shè)置相關(guān)寄存器，可實現(xiàn)不同的BIST測試模式，包括連續(xù)模式和不同的數(shù)據(jù)包大小選擇。

電纜診斷

DP83867具備Time Domain Reflectometry（TDR）能力，可用于檢測電纜的完整性，包括開路、短路、電纜阻抗不匹配、不良連接器等問題。TDR測量在鏈路伙伴斷開或處于安靜狀態(tài)時進(jìn)行，測量結(jié)果存儲在TDR寄存器中，可通過軟件讀取進(jìn)行后續(xù)處理。

四、寄存器配置與編程

1. 引腳配置

DP83867使用許多功能引腳作為strap選項，在電源啟動或硬復(fù)位時采樣這些引腳的值，以確定設(shè)備的特定操作模式。這些strap引腳為4 - level straps，可通過配置上拉和下拉電阻來選擇不同的模式，需注意strap引腳的電壓范圍和電阻公差。

2. LED配置

支持四個可配置的LED引腳（LED_0、LED_1、LED_2和一個可配置為LED_3的GPIO引腳），可通過LEDCR1寄存器選擇不同的功能映射到LED上。由于LED輸出引腳也用作strap，因此在設(shè)計時需考慮外部組件的連接，以避免沖突。

3. 復(fù)位操作

提供內(nèi)部上電復(fù)位（POR）功能，也可通過硬件或軟件復(fù)位。硬件復(fù)位需在RESET_N引腳施加至少1μs的低脈沖；軟件復(fù)位包括IEEE寄存器軟件復(fù)位、全局軟件復(fù)位、全局軟件重啟和PCS復(fù)位等，不同的復(fù)位方式會對不同的寄存器和電路產(chǎn)生影響。

4. 電源節(jié)能模式

支持四種電源節(jié)能模式，包括IEEE Power Down、Deep Power - Down Mode、Active Sleep和Passive Sleep。不同模式下的功耗和恢復(fù)方式有所不同，可根據(jù)實際需求選擇合適的模式，以實現(xiàn)節(jié)能目的。

5. 寄存器映射

文檔中詳細(xì)列出了眾多寄存器的功能和配置，如Basic Mode Control Register（BMCR）、Basic Mode Status Register（BMSR）、PHY Identifier Register等。每個寄存器都有特定的位定義和功能，通過對這些寄存器的配置，可以實現(xiàn)對DP83867的各種功能控制。

五、應(yīng)用與設(shè)計要點

1. 設(shè)計要求

在使用DP83867進(jìn)行以太網(wǎng)應(yīng)用設(shè)計時，需滿足一定的條件。例如，電源電壓要求為VDDA2P5 = 2.5V、VDD1P0 = 1V、VDDIO = 3.3V、2.5V或1.8V；時鐘輸入為25MHz。

2. 布局設(shè)計

MAC接口布局

SGMII連接需通過0.1μF電容進(jìn)行AC耦合，信號為差分信號，走線需保持100Ω差分阻抗，對跡線長度匹配和層間參考有嚴(yán)格要求。RGMII信號為單端信號，走線阻抗為50Ω，需控制TXD[3:0]和RXD[3:0]線路之間的偏斜，并盡量縮短跡線長度。

媒體相關(guān)接口（MDI）布局

MDI跡線需控制50Ω到地和100Ω差分阻抗，與變壓器在同一層走線，使用金屬屏蔽RJ - 45連接器并連接屏蔽層到機(jī)箱地，采用帶有集成共模扼流裝置的磁性元件，避免在磁性元件下方布置電源和接地，保持電路和機(jī)箱接地平面的隔離。

3. 電源供應(yīng)

DP83867可采用兩電源或三電源配置，I/O電源可獨(dú)立于主設(shè)備電源，以提供MAC接口的靈活性。在三電源模式下，需注意1.8V VDDA1P8電源的穩(wěn)定性和電源順序；兩電源模式下則無電源順序要求。

六、總結(jié)

DP83867E/IS/CS以太網(wǎng)物理層收發(fā)器憑借其超低延遲、高抗擾性、低功耗以及豐富的功能特性，在眾多應(yīng)用領(lǐng)域中具有顯著優(yōu)勢。通過合理的寄存器配置和精心的布局設(shè)計，能夠充分發(fā)揮其性能，為以太網(wǎng)通信提供可靠的保障。各位工程師在實際設(shè)計過程中，還需根據(jù)具體需求進(jìn)行深入研究和優(yōu)化，確保設(shè)計的穩(wěn)定性和可靠性。你在使用這款收發(fā)器時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。