TSB17BA1：IEEE STD 1394b單端口電纜收發(fā)器的深度解析

在電子設(shè)備的通信領(lǐng)域，IEEE Std 1394b標(biāo)準(zhǔn)為高速數(shù)據(jù)傳輸提供了可靠的解決方案。而TSB17BA1作為一款單端口100-Mbps收發(fā)器，在支持IEEE Std 1394b標(biāo)準(zhǔn)方面發(fā)揮著重要作用。今天，我們就來(lái)深入了解一下這款收發(fā)器的特點(diǎn)、功能以及應(yīng)用中的注意事項(xiàng)。

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一、TSB17BA1概述

TSB17BA1完全支持IEEE Std 1394b - 2002在S100B信號(hào)速率下的規(guī)定，能夠通過(guò)非屏蔽5類(lèi)雙絞線(xiàn)（UTP5或CAT5）電纜以100 Mbits/s的速度驅(qū)動(dòng)IEEE Std 1394b信號(hào)。它具有以下顯著特點(diǎn)：

• 供電靈活：支持單3.3 - V電源供電，也可選擇雙3.3 - V/1.8 - V電源供電。
• 節(jié)能設(shè)計(jì)：具備掉電功能，適用于電池供電的應(yīng)用場(chǎng)景，可有效節(jié)省能源。
• 封裝優(yōu)勢(shì)：采用低成本、高性能的24引腳TSSOP封裝。
• 低功耗模式：在不傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，可將設(shè)備置于低功耗狀態(tài)。

二、功能模塊解析

1. 均衡器（Equalizer）

從UTP5電纜接收到的信號(hào)會(huì)經(jīng)過(guò)均衡器處理，以提高信噪比（SNR），從而更準(zhǔn)確地檢測(cè)數(shù)據(jù)。

2. 1394b驅(qū)動(dòng)器（1394b Driver）

該模塊將均衡器檢測(cè)和增強(qiáng)后的信號(hào)從UTP電纜驅(qū)動(dòng)到1394b PHY端口。

3. 交流耦合（AC Coupling）

此模塊可阻擋直流信號(hào)進(jìn)入比較器，僅允許交流信號(hào)通過(guò)。

4. 比較器（Comparator）

將來(lái)自1394b PHY的1394b信號(hào)轉(zhuǎn)換為能夠驅(qū)動(dòng)UTP5驅(qū)動(dòng)器的電平。

5. UTP5驅(qū)動(dòng)器（UTP5 Driver）

將信號(hào)驅(qū)動(dòng)到UTP5電纜上。

6. 上電控制（Power - Up Control）

為設(shè)備提供與電源電壓狀態(tài)相關(guān)的控制信號(hào)。

7. 電壓調(diào)節(jié)器（Voltage Regulator）

將外部提供的3 - 3.6 V電壓調(diào)節(jié)為內(nèi)部使用的1.8 V電壓。

三、端子功能介紹

TSB17BA1的端子功能豐富，不同類(lèi)型的端子在設(shè)備的正常運(yùn)行中發(fā)揮著各自的作用：

1. 測(cè)試端子（Test Terminals）

如E_INN、E_INP等，這些端子主要用于未來(lái)功能的擴(kuò)展，在正常運(yùn)行時(shí)，E_INN和E_INP需接地，E_OUT可保持未連接狀態(tài)。TEST0 - TEST3用于制造測(cè)試，正常使用時(shí)需拉低到地。

2. IEEE Std 1394b PHY端子

BETA_INP和BETA_INN是交流耦合模塊的輸入，連接到1394b PHY的TPB +和TPB - 端子；BETA_OUTP和BETA_OUTN是1394b驅(qū)動(dòng)器模塊的輸出，連接到1394b PHY的TPA +和TPA - 端子。在連接時(shí)，要確保正負(fù)極差分信號(hào)端子的電路板走線(xiàn)匹配且盡可能短，并正確端接傳輸線(xiàn)。

3. RJ45端子

UTP5_INN和UTP5_INP是來(lái)自UTP5電纜的輸入，分別連接到RJ45的特定引腳；UTP5_OUTN和UTP5_OUTP是輸出到UTP5電纜的端子，也對(duì)應(yīng)RJ45的特定引腳。

4. 電源和接地端子

PD_SE用于全局掉電控制；R0和R1用于設(shè)置內(nèi)部工作電流和電纜驅(qū)動(dòng)器輸出電流；VCONTROL通常不連接；VREG_PD用于控制電壓調(diào)節(jié)器的掉電狀態(tài)；VDDCORE是核心電源，需用1 - μF電容與其他小電容并聯(lián)進(jìn)行去耦；VDD33是3.3 - V電源，建議使用高頻去耦電容和低頻濾波電容；VSSCORE和VSS33分別是核心地和3.3 - V地，需盡可能靠近端子連接到印刷線(xiàn)路板（PWB）的接地平面。

四、電氣特性

1. 驅(qū)動(dòng)器特性

• 差分輸出電壓（BETA）典型值為705 mV，差分輸出電壓（UTP5）為500 mV。
• Beta驅(qū)動(dòng)電流（BETA_OUTP, BETA_OUTN）在驅(qū)動(dòng)器啟用時(shí)為12.5 mA，UTP5驅(qū)動(dòng)電流（UTP5_OUTP, UTP5_OUTN）為10 mA。

2. 接收器特性

• 差分阻抗在驅(qū)動(dòng)器禁用時(shí)為4 - 7 kΩ，電容為4 pF。
• 共模阻抗在驅(qū)動(dòng)器禁用時(shí)為20 kΩ，電容為24 pF。

3. 設(shè)備特性

• 靜態(tài)時(shí)，3.3 - V電源電流（內(nèi)部調(diào)節(jié)器關(guān)閉，1.8 - V電源由外部提供）為4 mA，VDDCORE電源電流也為4 mA；正常運(yùn)行時(shí)，3.3 - V電源電流（內(nèi)部調(diào)節(jié)器開(kāi)啟）為50 mA，VDDCORE電源電流為30 mA。

4. 熱特性

• 結(jié)到自由空氣的熱阻（高K板）典型值為91.5 °C/W，結(jié)到外殼的熱阻為41.2 °C/W；在低K板上，結(jié)到自由空氣的熱阻為150.7 °C/W。

5. 開(kāi)關(guān)特性

• 傳輸抖動(dòng)在BETA_OUT和BETA_IN之間典型值為2 ns，最大為0.10 ns；傳輸偏斜在UTP5_OUT和UTP5_IN之間最大為0.20 ns。
• 差分上升時(shí)間和下降時(shí)間在TP傳輸時(shí)為0.65 ns，在UTP傳輸（RJ45連接器處）時(shí)為3.5 ns。

五、應(yīng)用信息

1. 信號(hào)編碼

1394b PHY生成的信號(hào)采用8B/10B編碼，要發(fā)送8位數(shù)據(jù)需要在電纜上傳輸10位，以100 Mbits/s的速度傳輸所需的最大基本頻率為62.5 MHz。

2. 連接器引腳

目前IEEE Std 1394b - 2002規(guī)定1394b PHY信號(hào)到RJ45連接器引腳的連接方式，但有提議將其改為與100baseT以太網(wǎng)相同，這將允許更多100baseT以太網(wǎng)組件用于1394b連接。建議采用新的引腳分配，即TPA +連接到引腳3，TPA - 連接到引腳6。在封閉系統(tǒng)中，使用引腳7和8可減少12 dB的串?dāng)_。

3. 電纜連接

IEEE Std 1394b - 2002要求在連接兩個(gè)設(shè)備時(shí)，TPB端口的輸出連接到TPA端口的輸入，即需要進(jìn)行交叉連接。TSB17BA1本身不具備自動(dòng)交叉功能，因此需要在外部實(shí)現(xiàn)交叉。建議將UTP5連接到引腳1、2、3、6，并隨設(shè)備配備以太網(wǎng)交叉電纜。對(duì)于CAT5結(jié)構(gòu)化布線(xiàn)，通常采用直通布線(xiàn)，可通過(guò)交叉電纜實(shí)現(xiàn)所需的交叉連接。在特殊情況下，如墻面板支持4針、6針或9針1394b連接器，需要在墻面板的UTP5連接上實(shí)現(xiàn)交叉。

4. PCB布局考慮

• UTP5_INP和UTP5_INN信號(hào)可能來(lái)自100 m的電纜，信號(hào)幅度可能較小，易受板載噪聲影響。因此，從RJ45連接器通過(guò)終端網(wǎng)絡(luò)到PHY的布線(xiàn)應(yīng)盡量短，并可采用接地保護(hù)蝕刻來(lái)保護(hù)信號(hào)免受板載噪聲干擾。
• R1和R0端子之間的精密電阻設(shè)置TSB17BA1的內(nèi)部電流和電壓，該連接應(yīng)盡量短且靠近TSB17BA1，也可采用接地保護(hù)蝕刻。
• 為減少信號(hào)噪聲，應(yīng)避免在TSB17BA1的19 - 22端子附近布線(xiàn)數(shù)字信號(hào)或大振幅模擬信號(hào)，TSB17BA1的輸出信號(hào)也應(yīng)遠(yuǎn)離這些敏感輸入引腳。

六、常見(jiàn)問(wèn)題及解決方法

1. UTP信號(hào)電平檢測(cè)問(wèn)題

在某些應(yīng)用環(huán)境中，TSB17BA1可能對(duì)超過(guò)內(nèi)部噪聲抑制閾值的輸入噪聲做出響應(yīng)，原因可能包括電纜過(guò)長(zhǎng)和組件質(zhì)量不佳等?？赡艹霈F(xiàn)的問(wèn)題有：

• 部分設(shè)備對(duì)PCB電源和輸入信號(hào)噪聲敏感，導(dǎo)致BETA_OUT引腳持續(xù)驅(qū)動(dòng)，使連接的1394b PHY端口進(jìn)入阻塞狀態(tài)。
• 部分設(shè)備對(duì)PCB和電纜的串?dāng)_敏感，在調(diào)諧和訓(xùn)練過(guò)程中串?dāng)_可能耦合到接收數(shù)據(jù)路徑，導(dǎo)致1394b PHY與虛假串?dāng)_信號(hào)進(jìn)行協(xié)商，使端口進(jìn)入阻塞狀態(tài)。
• 信號(hào)帶寬內(nèi)的系統(tǒng)或電纜噪聲可能轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)輸入到TSB17BA1，錯(cuò)誤地產(chǎn)生BETA_OUT信號(hào)，導(dǎo)致1394b PHY端口在連接前進(jìn)入阻塞狀態(tài)。

解決方法是在TSB17BA1的UTP輸入外部提供約51 - mV的直流偏移，可通過(guò)連接1.21 - kΩ、1%的電阻從UTP5_INN端子到信號(hào)地，用0.1 - μF電容隔離變壓器與TSB17BA1，并提供1.3 - V的共模電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。在某些情況下，在連接所有UTP電纜后同時(shí)對(duì)所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)電源循環(huán)，可能會(huì)降低噪聲水平，使系統(tǒng)正常連接和運(yùn)行，但該方法在大振幅噪聲環(huán)境下可能對(duì)某些問(wèn)題無(wú)效。

2. UTP輸出電平問(wèn)題

TSB17BA1的UTP5_OUT輸出驅(qū)動(dòng)電平按照IEEE Std 1394b - 2002規(guī)范表12 - 2的傳輸系統(tǒng)限制進(jìn)行設(shè)計(jì)和測(cè)試，但產(chǎn)品中的變壓器、PCB、連接器等的損耗可能導(dǎo)致UTP傳輸電平下降，這些降低的輸出電平可能不符合1394b規(guī)范，但仍可能正常工作，目前暫無(wú)解決方法。

綜上所述，TSB17BA1是一款功能強(qiáng)大的IEEE Std 1394b單端口電纜收發(fā)器，但在應(yīng)用過(guò)程中需要注意其端子連接、信號(hào)編碼、電纜連接、PCB布局等方面的問(wèn)題，同時(shí)要關(guān)注可能出現(xiàn)的常見(jiàn)問(wèn)題及解決方法，以確保設(shè)備的正常運(yùn)行。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過(guò)類(lèi)似的問(wèn)題呢？又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。