深度剖析TSB41LV06A：IEEE 1394a六端口電纜收發(fā)器/仲裁器

作為電子工程師，我們?cè)谠O(shè)計(jì)中常常會(huì)遇到對(duì)高速、高效且穩(wěn)定的通信接口的需求。今天，我將深入剖析一款強(qiáng)大的設(shè)備——TSB41LV06A，它是一款I(lǐng)EEE 1394a六端口電纜收發(fā)器/仲裁器，在電纜式IEEE 1394網(wǎng)絡(luò)中扮演著重要角色。

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一、TSB41LV06A概述

TSB41LV06A為在電纜式IEEE 1394網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)六端口節(jié)點(diǎn)提供了必要的數(shù)字和模擬收發(fā)功能。它完全支持IEEE 1394 - 1995標(biāo)準(zhǔn)以及P1394a補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)，與FireWire和i.LINK實(shí)現(xiàn)完全互操作，并且完全符合OpenHCI要求。每個(gè)電纜端口包含兩個(gè)差分線路收發(fā)器，可監(jiān)測(cè)線路狀況以確定連接狀態(tài)、進(jìn)行初始化和仲裁，以及進(jìn)行數(shù)據(jù)包的接收和傳輸。

二、關(guān)鍵特性

1. 端口與速度支持

提供六個(gè)P1394a完全兼容的電纜端口，支持100/200/400 Mbits/s的傳輸速度，能滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率的要求。

2. 寄存器控制

通過(guò)寄存器位，軟件可控制競(jìng)爭(zhēng)者位、功率類位、鏈路活動(dòng)控制位和P1394a特性，為工程師提供了靈活的配置選項(xiàng)。

3. 數(shù)據(jù)接口

通過(guò)2/4/8條并行線以49.152 MHz的頻率與鏈路層控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)接口通信，支持低成本的TI總線保持器隔離和可選的附件J電氣隔離，可與使用3.3 V和5 V電源的鏈路層控制器以及其他物理層（PHY）互操作。

4. 時(shí)鐘與同步

使用低成本的24.576 - MHz晶體，可提供100/200/400 Mbits/s的發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，以及49.152 MHz的鏈路層控制器時(shí)鐘，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐叫浴?/p>

5. 功能集成

具備系統(tǒng)初始化和仲裁功能，包含數(shù)據(jù) - 選通位級(jí)編碼的編碼和解碼功能，每個(gè)端口有單獨(dú)的電纜偏置（TPBIAS），采用單3.3 - V電源供電，具有低成本、高性能的100 - 引腳TQFP（PZP）熱增強(qiáng)封裝，可直接替代TSB41LV06PZP。

6. 全面的P1394a支持

包括連接去抖、仲裁短復(fù)位、多速級(jí)聯(lián)、仲裁加速、飛越級(jí)聯(lián)、端口禁用/暫停/恢復(fù)等功能，還提供擴(kuò)展恢復(fù)信號(hào)以與舊版DV設(shè)備兼容。

7. 節(jié)能特性

具備多種節(jié)能特性，如在暫停期間自動(dòng)設(shè)備斷電、設(shè)備斷電終端、通過(guò)LPS禁用鏈路接口以及停用非活動(dòng)端口等，還有超低功耗睡眠模式，適用于電池供電的應(yīng)用。

8. 節(jié)點(diǎn)信息與監(jiān)測(cè)

支持節(jié)點(diǎn)功率類信息信號(hào)傳輸，用于系統(tǒng)電源管理，可監(jiān)測(cè)電纜電源的存在情況，電纜端口可監(jiān)測(cè)線路狀況以確定與遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)的活動(dòng)連接。

三、工作原理

1. 時(shí)鐘與電源管理

TSB41LV06A僅需一個(gè)外部24.576 MHz晶體作為參考，也可使用外部時(shí)鐘。內(nèi)部振蕩器驅(qū)動(dòng)內(nèi)部鎖相環(huán)（PLL），生成所需的393.216 MHz參考信號(hào)，該信號(hào)在內(nèi)部進(jìn)行分頻以提供控制輸出編碼選通和數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)臅r(shí)鐘信號(hào)。49.152 MHz時(shí)鐘信號(hào)提供給相關(guān)的鏈路層控制器（LLC），用于兩個(gè)芯片的同步和接收數(shù)據(jù)的重新同步。當(dāng)PD終端置高時(shí)，PLL停止工作。

2. 隔離特性

支持在自身和LLC之間設(shè)置可選的隔離屏障。當(dāng)ISO輸入終端置高時(shí)，LLC接口輸出正常；當(dāng)ISO終端置低時(shí)，啟用內(nèi)部差分邏輯，輸出可通過(guò)電容或變壓器電隔離屏障進(jìn)行耦合。

3. 數(shù)據(jù)傳輸

數(shù)據(jù)位通過(guò)電纜端口傳輸時(shí)，從LLC以兩條、四條或八條并行路徑接收（取決于請(qǐng)求的傳輸速度），并在TSB41LV06A內(nèi)部與49.152 MHz系統(tǒng)時(shí)鐘同步鎖存。這些位被串行組合、編碼，并以98.304、196.608或393.216 Mbits/s的速度（分別稱為S100、S200和S400速度）作為輸出數(shù)據(jù) - 選通信息流進(jìn)行傳輸。

4. 數(shù)據(jù)接收

在數(shù)據(jù)包接收期間，接收電纜端口的TPA和TPB發(fā)送器禁用，接收器啟用。編碼的數(shù)據(jù)信息在TPA電纜對(duì)上接收，編碼的選通信息在TPB電纜對(duì)上接收。接收到的數(shù)據(jù) - 選通信息被解碼以恢復(fù)接收時(shí)鐘信號(hào)和串行數(shù)據(jù)位，串行數(shù)據(jù)位被拆分為兩條、四條或八條并行流（取決于指示的接收速度），重新同步到本地49.152 MHz系統(tǒng)時(shí)鐘并發(fā)送到相關(guān)的LLC。接收到的數(shù)據(jù)也會(huì)在其他活動(dòng)（連接）的電纜端口上重復(fù)傳輸。

5. 線路監(jiān)測(cè)與仲裁

TPA和TPB電纜接口均包含差分比較器，用于在初始化和仲裁期間監(jiān)測(cè)線路狀態(tài)。這些比較器的輸出由內(nèi)部邏輯用于確定仲裁狀態(tài)。TPA通道監(jiān)測(cè)輸入電纜的共模電壓，該電壓值在仲裁期間用于設(shè)置下一個(gè)數(shù)據(jù)包傳輸?shù)乃俣?。TPB通道監(jiān)測(cè)TPB對(duì)上的輸入電纜共模電壓，以檢測(cè)遠(yuǎn)程提供的雙絞線偏置電壓的存在。

6. 偏置電壓與終端

TSB41LV06A在TPBIAS終端提供1.86 V標(biāo)稱偏置電壓，用于端口終端。每個(gè)端口（未使用的端口除外）的該偏置電壓必須通過(guò)1 μF的外部濾波電容進(jìn)行去耦。線路驅(qū)動(dòng)器在高阻抗電流模式下工作，設(shè)計(jì)用于與外部112 - Ω線路終端電阻網(wǎng)絡(luò)配合使用，以匹配110 - Ω電纜阻抗。

7. 端口處理與配置

當(dāng)TSB41LV06A的電源關(guān)閉且雙絞線電纜連接時(shí)，其發(fā)送器和接收器電路對(duì)電纜呈現(xiàn)高阻抗，不會(huì)加載電纜另一端的TPBIAS電壓。對(duì)于未使用的端口，需要對(duì)其雙絞線終端進(jìn)行端接，以確?？煽窟\(yùn)行。此外，還有多個(gè)終端用于設(shè)置各種配置狀態(tài)位，如PC0 - PC2用于設(shè)置節(jié)點(diǎn)的默認(rèn)功率類狀態(tài)，C/LKON用于指示節(jié)點(diǎn)是否為等時(shí)資源管理器（IRM）或總線管理器（BM）的競(jìng)爭(zhēng)者。

8. 暫停/恢復(fù)功能

支持IEEE P1394a規(guī)范中定義的暫停/恢復(fù)功能。暫停機(jī)制允許直接連接的端口對(duì)進(jìn)入低功耗節(jié)能狀態(tài)，同時(shí)保持總線段之間的端口到端口連接。當(dāng)所有六個(gè)端口都暫停時(shí)，除了帶隙參考發(fā)生器和偏置檢測(cè)電路外，所有電路都將斷電，從而顯著節(jié)省功耗。

四、應(yīng)用信息

1. 內(nèi)部寄存器配置

TSB41LV06A有16個(gè)可訪問(wèn)的內(nèi)部寄存器，地址0 - 7的基本寄存器配置固定，地址8h - Fh的分頁(yè)寄存器配置取決于當(dāng)前選擇的頁(yè)面（共8頁(yè)，編號(hào)0 - 7h），所選頁(yè)面在基本寄存器7h中設(shè)置。基本寄存器的配置和相應(yīng)字段描述在文檔中有詳細(xì)說(shuō)明，部分寄存器或寄存器字段保留，可能在未來(lái)使用。

2. 端口狀態(tài)頁(yè)面

通過(guò)將Page_Select字段設(shè)置為0，并將所需端口號(hào)寫入Port_Select字段，可以訪問(wèn)端口狀態(tài)頁(yè)面，獲取每個(gè)端口的配置和狀態(tài)信息。該頁(yè)面的寄存器配置和字段描述也有明確說(shuō)明。

3. 供應(yīng)商識(shí)別頁(yè)面

4. 供應(yīng)商相關(guān)頁(yè)面

5. 功率類編程

6. 設(shè)計(jì)與使用注意事項(xiàng)

設(shè)計(jì)PowerPAD封裝

TSB41LV06A采用高性能、熱增強(qiáng)的100引腳PZP PowerPAD封裝。使用該封裝時(shí)，需注意PowerPAD是設(shè)備底部的暴露金屬墊，是熱和電的導(dǎo)體。建議在設(shè)備下方設(shè)置接地的熱焊盤，將設(shè)備接地終端焊盤直接連接到該熱焊盤，以提高熱性能和電氣接地性能。相關(guān)詳細(xì)信息可參考TI應(yīng)用筆記PowerPAD Thermally Enhanced Package和PHY Layout。

與非P1394a鏈路層配合使用

TSB41LV06A實(shí)現(xiàn)了P1394a補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的PHY - LLC接口，該接口與舊版TI PHY設(shè)備使用的IEEE Std 1394 - 1995信息性附件J中描述的接口完全兼容。但在與非P1394a LLC設(shè)備配合使用時(shí)，需要理解P1394a補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)對(duì)附件J接口的增強(qiáng)功能，如新增的LLC服務(wù)請(qǐng)求、多速級(jí)聯(lián)功能以及擴(kuò)展的速度代碼等。

與低速鏈路層配合使用

雖然TSB41LV06A是S400能力的PHY，但可與低速LLC配合使用。在這種情況下，未使用的Dn終端應(yīng)通過(guò)10 - kΩ電阻接地。為了幫助構(gòu)建準(zhǔn)確的速度圖，可通過(guò)Vendor - Dependent頁(yè)面（頁(yè)面7）的Link_Speed字段設(shè)置自識(shí)別數(shù)據(jù)包中指示的速度能力。

上電復(fù)位

為確保TSB41LV06A正常工作，RESET終端必須在PHY電源達(dá)到最低所需電源電壓后至少2 ms內(nèi)保持低電平。使用無(wú)源電容在RESET終端生成上電復(fù)位信號(hào)時(shí)，電容的最小值應(yīng)滿足特定方程。

晶體選擇

TSB41LV06A使用外部24.576 MHz晶體作為內(nèi)部振蕩器電路的參考。為實(shí)現(xiàn)所需的頻率精度和穩(wěn)定性，晶體應(yīng)滿足特定規(guī)格，如工作模式為基頻、頻率公差和穩(wěn)定性在±30 ppm以內(nèi)、負(fù)載電容需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整等。建議使用頻率計(jì)數(shù)器測(cè)量PHY的SYSCLK輸出頻率，并根據(jù)需要調(diào)整晶體的負(fù)載電容。

總線復(fù)位

在TSB41LV06A中，可通過(guò)設(shè)置PHY寄存器1中的發(fā)起總線復(fù)位（IBR）位來(lái)發(fā)起總線復(fù)位和初始化序列。同時(shí)，根保持（RHB）位和間隙計(jì)數(shù)也會(huì)受到影響，它們也可通過(guò)PHY - config數(shù)據(jù)包進(jìn)行更新。為了在總線上保持一致的間隙計(jì)數(shù)，使用IBR位、RHB位和間隙計(jì)數(shù)時(shí)需要遵循一定規(guī)則。

五、原理操作

1. 總線復(fù)位

TSB41LV06A與LLC通過(guò)多個(gè)終端進(jìn)行接口通信，包括SYSCLK、CTL0 - CTL1、D0 - D7、LREQ、LPS、C/LKON和ISO等。SYSCLK提供49.152 MHz的接口時(shí)鐘，所有控制和數(shù)據(jù)信號(hào)都在其上升沿同步和采樣。CTL0和CTL1形成雙向控制總線，D0 - D7形成雙向數(shù)據(jù)總線，LREQ用于LLC向PHY發(fā)送串行服務(wù)請(qǐng)求，LPS和C/LKON用于PHY和LLC的電源管理，ISO用于啟用輸出差分邏輯。

2. 輸出差分

當(dāng)在PHY和LLC之間實(shí)現(xiàn)附件J類型的隔離屏障時(shí)，CTL0 - CTL1、D0 - D7和LREQ信號(hào)必須進(jìn)行數(shù)字差分，以確保隔離電路正常工作。TSB41LV06A在這些雙向終端上實(shí)現(xiàn)了與特定電路功能等效的差分電路，LLC也需要在其相應(yīng)終端上實(shí)現(xiàn)類似的輸出差分和輸入滯后電路。

3. LLC服務(wù)請(qǐng)求

LLC通過(guò)LREQ終端發(fā)送串行位流來(lái)請(qǐng)求訪問(wèn)總線、讀寫PHY寄存器或控制仲裁加速。請(qǐng)求流的長(zhǎng)度和類型編碼有明確規(guī)定，不同類型的請(qǐng)求有不同的編碼和操作要求。例如，總線請(qǐng)求的長(zhǎng)度為7或8位，包含起始位、請(qǐng)求類型、請(qǐng)求速度和停止位等信息；讀寫寄存器請(qǐng)求和加速控制請(qǐng)求也有各自的編碼和操作流程。

4. 狀態(tài)傳輸

當(dāng)有狀態(tài)信息需要傳輸?shù)絃LC時(shí)，PHY會(huì)發(fā)起狀態(tài)傳輸。PHY等待接口空閑后開(kāi)始傳輸，通過(guò)CTL終端置為Status狀態(tài)并在D[0:1]終端發(fā)送狀態(tài)信息的前兩位來(lái)啟動(dòng)傳輸。傳輸過(guò)程中，PHY保持CTL = Status狀態(tài)，直到所有狀態(tài)信息成功傳輸。狀態(tài)傳輸可能會(huì)被接收到的數(shù)據(jù)包中斷，PHY會(huì)繼續(xù)嘗試完成傳輸。

5. 接收操作

當(dāng)PHY在串行總線上檢測(cè)到數(shù)據(jù)前綴狀態(tài)時(shí)，會(huì)發(fā)起接收操作。通過(guò)將CTL終端置為Receive狀態(tài)，并在D終端置為邏輯1（數(shù)據(jù)存在指示）來(lái)指示接收操作的開(kāi)始，隨后在D終端放置速度代碼和數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)。PHY在接收到數(shù)據(jù)包的最后一個(gè)符號(hào)后，將CTL終端置為idle狀態(tài)，結(jié)束接收操作。接收到的所有數(shù)據(jù)包都會(huì)傳輸?shù)絃LC。

6. 發(fā)送操作

當(dāng)LLC通過(guò)LREQ終端發(fā)出總線請(qǐng)求后，PHY進(jìn)行仲裁以獲得總線控制權(quán)。如果PHY贏得仲裁，會(huì)將PHY - LLC接口總線授予LLC，LLC可以通過(guò)CTL終端控制總線狀態(tài)，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。傳輸結(jié)束后，LLC可以選擇發(fā)送另一個(gè)級(jí)聯(lián)數(shù)據(jù)包或釋放總線。如果啟用了多速級(jí)聯(lián)功能，LLC需要在發(fā)送級(jí)聯(lián)數(shù)據(jù)包時(shí)指定速度代碼。

7. 接口復(fù)位和禁用

LLC使用LPS信號(hào)控制PHY - LLC接口的狀態(tài)，接口可以進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)、禁用狀態(tài)或初始化并恢復(fù)正常操作。LPS信號(hào)可以是電平信號(hào)或脈沖信號(hào)，具體取決于PHY - LLC接口是否存在隔離屏障。當(dāng)接口不工作時(shí)，PHY會(huì)取消任何未完成的總線請(qǐng)求或寄存器讀取請(qǐng)求，并忽略通過(guò)LREQ線發(fā)出的請(qǐng)求。

六、封裝與熱信息

1. 封裝選項(xiàng)

TSB41LV06A有多種封裝選項(xiàng)，如TSB41LV06APZP和TSB41LVO6APZP.A，采用HTQFP（PZP）封裝，引腳數(shù)為100，每包數(shù)量為90，使用JEDEC TRAY包裝，符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)，引腳鍍層為NIPDAU，MSL評(píng)級(jí)為L(zhǎng)evel3 - 260C - 168 HR，工作溫度范圍為0 - 70°C。

2. 熱信息

PowerPAD封裝包含一個(gè)暴露的熱焊盤，設(shè)計(jì)用于連接到印刷電路板（PCB）。熱焊盤必須直接焊接到PCB上，焊接后PCB可作為散熱器。通過(guò)使用熱過(guò)孔，熱焊盤可以直接連接到設(shè)備電氣原理圖中所示的適當(dāng)銅平面，或者連接到PCB中設(shè)計(jì)的特殊散熱器結(jié)構(gòu)，以優(yōu)化集成電路（IC）的熱傳遞。相關(guān)詳細(xì)信息可參考TI應(yīng)用筆記PowerPAD Thermally Enhanced Package和PowerPAD Made Easy。

七、總結(jié)

TSB41LV06A是一款功能強(qiáng)大、特性豐富的IEEE 1394a六端口電纜收發(fā)器/仲裁器。它在端口支持、速度能力、節(jié)能特性、寄存器配置等方面都表現(xiàn)出色，為電子工程師在設(shè)計(jì)電纜式IEEE 1394網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)時(shí)提供了可靠的選擇。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，需要仔細(xì)考慮其工作