EVAL - ADIN1200FMCZ評估板使用指南：開啟工業(yè)以太網(wǎng)PHY評估之旅

在工業(yè)以太網(wǎng)領(lǐng)域，ADIN1200作為一款強(qiáng)大的10 Mbps和100 Mbps以太網(wǎng)物理層（PHY）芯片，備受關(guān)注。而EVAL - ADIN1200FMCZ評估板則為工程師們提供了一個便捷的平臺，用于評估ADIN1200的各項關(guān)鍵特性。下面，我們就來詳細(xì)了解一下這款評估板的相關(guān)信息。

文件下載：EVAL-ADIN1200FMCZ.pdf

評估板特性與內(nèi)容

特性亮點

EVAL - ADIN1200FMCZ評估板具備諸多實用特性。它擁有FMC連接器，用于MII接口、MDIO信號和狀態(tài)信號的連接，方便與其他設(shè)備進(jìn)行交互。同時，可訪問的表面貼裝配置電阻和撥碼開關(guān)，讓用戶能夠靈活調(diào)整參數(shù)。而且，該評估板僅需一個外部5 V電源即可工作，大大簡化了電源供應(yīng)設(shè)計。

評估套件內(nèi)容

評估套件包含2塊EVAL - ADIN1200FMCZ評估板和2個MDIO接口轉(zhuǎn)接器。這些組件為工程師提供了充足的資源來進(jìn)行全面的評估工作。

所需設(shè)備與軟件

設(shè)備需求

要使用EVAL - ADIN1200FMCZ評估板，需要準(zhǔn)備5 V電源軌，可通過EXT_5V連接器連接，也可使用5 V桶形適配器連接到P4插頭。此外，還需要以太網(wǎng)電纜、USB電纜以及運(yùn)行Windows 7及以上系統(tǒng)的PC。

軟件需求

需要安裝以太網(wǎng)PHY軟件和GUI，這些軟件可在ADIN1200產(chǎn)品頁面上下載。同時，還需要參考ADIN1200數(shù)據(jù)手冊，以獲取芯片的詳細(xì)規(guī)格信息。

評估板硬件詳解

電源供應(yīng)

評估板采用單一外部5 V電源供電，可通過P4插頭或EXT_5V連接器輸入。板上的ADP223設(shè)備會從5 V電源生成AVDD_3P3和VDDIO電源軌。默認(rèn)情況下，AVDD_3P3為3.3 V，VDDIO為2.5 V，不過VDDIO電壓可通過改變R16電阻的值進(jìn)行調(diào)整。不同的R16阻值對應(yīng)不同的VDDIO電壓，如R16 = 130 kΩ時，VDDIO為1.8 V；R16 = 200 kΩ時，VDDIO為2.5 V；R16 = 280 kΩ時，VDDIO為3.3 V。

電源時序

ADIN1200芯片本身沒有電源時序要求，但在使用MDIO接口轉(zhuǎn)接器時，存在一定的順序要求。建議先通過USB為MDIO接口轉(zhuǎn)接器供電，再將其連接到評估板。若出現(xiàn)問題，可重啟圖形用戶界面（GUI）軟件來解決連接問題。

使用模式

評估板有兩種使用模式。獨立模式下，可用于評估ADIN1200在IEEE 802.3測試模式下的性能，與對端設(shè)備建立連接并評估芯片性能。此時，通過EXT_5V連接器提供5 V電源。另一種模式是將評估板的FMC低引腳數(shù)（LPC）連接器插入FPGA開發(fā)板，可將媒體獨立接口（MII）、時鐘和發(fā)光二極管（LED）連接到FPGA板，在完整系統(tǒng)中評估ADIN1200。

跳線選項

評估板上有少量跳線需要根據(jù)所需的操作設(shè)置進(jìn)行調(diào)整。例如，JP2跳線用于設(shè)置U7的寫入模式，默認(rèn)處于高位，對EEPROM進(jìn)行寫保護(hù)。AVDD3P3和VDDIO跳線插入時分別提供標(biāo)稱3.3 V和2.5 V的電壓。

時鐘選項

評估板提供了兩種為ADIN1200提供時鐘的方式。一種是使用板上的25 MHz晶體振蕩器Y1，另一種是通過J1連接器輸入外部時鐘。當(dāng)使用外部25 MHz時鐘時，需要安裝R120電阻并移除Y1晶體。外部時鐘信號應(yīng)為1.8 V至2.5 V的正弦或方波信號。

板載EEPROM和LED

評估板上有兩個FPGA可控LED和一個未編程的I2C EEPROM U7。U7可通過編程設(shè)置電壓，使FPGA板在電源軌上提供正確的電壓。ADIN1200上有一個LED引腳（LED_0），默認(rèn)情況下，當(dāng)建立連接時LED_0引腳的LED亮起，有活動時閃爍。該引腳與PHY_CFG0功能共用，因此在開機(jī)和復(fù)位時可能需要將其電壓設(shè)置為特定值以配置ADIN1200。

MDIO接口

MDIO接口轉(zhuǎn)接器可通過P5連接器直接連接到PHY的MDIO接口，也可通過運(yùn)行在PC上的以太網(wǎng)PHY軟件GUI與評估板進(jìn)行交互。轉(zhuǎn)接器上有兩個LED（DS7和DS8），當(dāng)USB電纜首次連接時，DS8亮起；當(dāng)GUI與評估板建立通信時，DS7和DS8閃爍。轉(zhuǎn)接器底部還有兩個按鈕S5和S6，S5用于下載和重啟，S6用于復(fù)位板上的ADuCM3029微控制器。

配置引腳設(shè)置

評估板的默認(rèn)配置和配置選項可通過操作相關(guān)電阻和開關(guān)進(jìn)行更改。例如，PHY地址可通過設(shè)置RXD_3/PHYAD_3、RXD_2/PHYAD_2、RXD_1/PHYAD_1、RXD_0/PHYAD_0相關(guān)電阻來設(shè)置；MDIX模式可通過S9開關(guān)進(jìn)行配置；PHY配置的降速、EDPD、節(jié)能以太網(wǎng)（EEE）、軟件掉電等功能可通過S1、S3和S4開關(guān)控制；MAC接口選擇可通過設(shè)置相關(guān)電阻來確定。

軟件安裝與使用

軟件安裝

以太網(wǎng)PHY軟件GUI的安裝包括以太網(wǎng)PHY軟件和USB通信驅(qū)動的安裝。首先，安裝以太網(wǎng)PHY軟件、ADIN1200數(shù)據(jù)手冊和評估板用戶指南，安裝步驟可參考軟件安裝部分的說明。安裝完成后，安裝USB通信驅(qū)動，MDIO接口轉(zhuǎn)接器使用FT232RQ進(jìn)行UART到USB的通信，需要從FTDI網(wǎng)站下載并安裝相應(yīng)的驅(qū)動。

初始設(shè)置

使用評估板前，需要進(jìn)行以下初始設(shè)置：

1. 通過EXT_5V連接器或5 V桶形連接器為評估板提供5 V電源。
2. 將USB電纜連接到MDIO接口轉(zhuǎn)接器。
3. 將USB電纜連接到PC，首次連接時會自動安裝驅(qū)動，等待驅(qū)動安裝完成。
4. 確保ADuCM3029微控制器面朝上，將MDIO接口轉(zhuǎn)接器連接到評估板。
5. 從開始菜單的Analog Devices文件夾中啟動以太網(wǎng)PHY軟件。

軟件使用

以太網(wǎng)PHY軟件啟動后，會顯示一個GUI窗口，包含多個標(biāo)簽頁，每個標(biāo)簽頁具有不同的功能：

• Link Properties Tab：用于更改PHY配置，可選擇廣告速度或強(qiáng)制速度，并設(shè)置自動協(xié)商廣告速度、EEE廣告、降速、MDIX模式和能量檢測掉電模式等。
• Register Access Tab：允許用戶讀取或?qū)懭朐O(shè)備寄存器，包括瀏覽寄存器組和手動讀寫單個寄存器的功能。
• Clock Pin Control Tab：控制應(yīng)用于GP_CLK/RX_ER/MDIX_MODE引腳的時鐘。
• Loopback Tab：提供各種環(huán)回模式，可參考ADIN1200數(shù)據(jù)手冊了解詳細(xì)信息。
• Test Modes Tab：用于啟動設(shè)備的各種測試模式。
• FrameGenerator/Checker Tab：配置和啟用幀生成器和幀檢查器，可控制生成的幀數(shù)、幀長度和幀內(nèi)容，選擇突發(fā)模式或連續(xù)運(yùn)行模式。
• Cable Diagnostics Tab：用于診斷鏈路問題，在鏈路建立時可測量鏈路質(zhì)量，鏈路禁用時可進(jìn)行短路、開路檢查和故障距離識別等操作。
• Activity Information Window and Linking Status：顯示所選PHY芯片的當(dāng)前狀態(tài)，包括是否建立連接、連接速度和速度模式等信息。
• Activity Log Information Section：記錄狀態(tài)信息和寄存器寫入問題，可清除日志或?qū)С鰞?nèi)容進(jìn)行離線查看。
• Loading a Script File：允許用戶從文件中加載一系列寄存器命令，通過兩個下拉菜單選擇腳本文件和要運(yùn)行的腳本部分。

故障排除

軟件安裝問題

安裝以太網(wǎng)PHY軟件時，要確保安裝過程完整，包括Analog Devices的安裝包和FTDI驅(qū)動。安裝可能需要重啟PC。首次通過USB插入MDIO接口轉(zhuǎn)接器時，要讓新硬件向?qū)耆\(yùn)行，再啟動以太網(wǎng)PHY軟件。若評估板未在GUI窗口中顯示，要檢查電源供應(yīng)、USB連接、評估板和轉(zhuǎn)接器的連接、以太網(wǎng)電纜連接以及軟件是否啟動。

軟件通信問題

若以太網(wǎng)PHY軟件無法讀取數(shù)據(jù)，可查看Activity Log部分的消息。MDIO接口轉(zhuǎn)接器和評估板連接存在一個已知的通信問題，若在連接USB電源之前將轉(zhuǎn)接器連接到評估板，GUI可能無法與轉(zhuǎn)接器建立正確通信。此時，可通過按下轉(zhuǎn)接器底部的S6按鈕重置轉(zhuǎn)接器，若問題仍未解決，可退出GUI并重新啟動軟件。

硬件問題

確保MDIO接口轉(zhuǎn)接器和評估板的電源供應(yīng)正常，可使用AVDD_3P3和VDDIO測試點測量評估板上各點的電壓，并與數(shù)據(jù)手冊中的信息進(jìn)行核對。若未建立連接，要檢查以太網(wǎng)電纜是否正確連接，兩個評估板是否都已供電，以及硬件配置是否適合所需的連接安排。若LED未亮起但GUI顯示已建立連接，要根據(jù)PHY_CFG0的模式設(shè)置調(diào)整S1開關(guān)的位置。

布局指南

板層堆疊

評估板采用4層PCB設(shè)計，包括頂層、第2層、第3層和底層。所有層都有銅箔填充，但MAC和MDI接口的敏感走線周圍除外。

接地平面

頂層和底層主要用于承載ADIN1200的信號和布線信號，兩個內(nèi)層用作接地平面。第2層是完整的接地平面，第3層主要是接地，同時有專門用于AVDD_3P3和VDDIO電源平面的區(qū)域。

隔離指南

變壓器布局時，變壓器下方不能有金屬層，以減少變壓器之間的噪聲耦合。RJ45連接器應(yīng)使用金屬屏蔽的連接器，并將屏蔽連接到機(jī)箱接地，機(jī)箱接地和IC GND之間要有隔離間隙，且各層的隔離要一致。

電源去耦

從PCB布局角度看，去耦電容應(yīng)盡可能靠近電源和GND引腳，以減少電感。

MAC接口

路由MAC接口走線時，要確保線對長度匹配，盡量避免信號交叉，避免在所有信號走線上出現(xiàn)短截線，建議在同一層上布線。

管理接口

MDI接口的走線應(yīng)在評估板的同一側(cè)，長度應(yīng)盡可能短（小于1英寸），單個走線阻抗應(yīng)低于50 Ω，線對的差分阻抗應(yīng)為100 Ω。走線的阻抗應(yīng)保持恒定，避免出現(xiàn)不連續(xù)情況，線對應(yīng)一起布線，走線寬度應(yīng)保持一致，盡量保持走線長度相等，避免走線上出現(xiàn)直角。

TVS二極管放置

建議將TVS二極管靠近ADIN1200設(shè)備放置，以確保外部保護(hù)和設(shè)備內(nèi)部保護(hù)之間的走線電感最小。

熱考慮

ADIN1200采用LFCSP封裝，該封裝有一個暴露的焊盤，必須焊接到PCB上以實現(xiàn)機(jī)械和熱傳導(dǎo)。通過在PCB熱焊盤上設(shè)置4 × 4的熱過孔陣列，可將熱量更有效地散發(fā)到PCB的內(nèi)層金屬層。同時，封裝頂部和底部的兩個暴露電源條周圍是禁止布線區(qū)域，要保持這些區(qū)域無走線或過孔。

EVAL - ADIN1200FMCZ評估板為工程師提供了一個全面的平臺，用于評估ADIN1200工業(yè)以太網(wǎng)PHY芯片的性能。通過正確的硬件設(shè)置、軟件安裝和使用，以及遵循布局指南，工程師可以更好地發(fā)揮評估板的作用，為工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用的開發(fā)提供有力支持。你在使用這款評估板的過程中遇到過哪些有趣的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享。