深入解析KS8737：10/100BaseTX/FX MII物理層收發(fā)器

在當(dāng)今的網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域，物理層收發(fā)器扮演著至關(guān)重要的角色。今天，我們就來詳細探討一下Micrel公司的KS8737，一款3.3V 10/100BaseTX/FX MII物理層收發(fā)器。

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一、產(chǎn)品概述

KS8737工作在3.3V電壓下，滿足低電壓和低功耗的要求。它為數(shù)據(jù)的傳輸和接收提供了MII接口，包含100BaseTX/FX物理介質(zhì)附件（PMA）、物理介質(zhì)相關(guān)（PMD）和物理編碼子層（PCS）功能。此外，芯片還集成了10BaseT編碼器/解碼器和輸出濾波功能，無需外部濾波器，使用一組線路磁性元件就能同時滿足100BaseTX/FX和10BaseT的要求。

通過片上自動協(xié)商算法，KS8737能自動配置為100或10Mbps以及全雙工或半雙工操作，是100BaseTX/100BaseFX/10BaseT應(yīng)用中物理層收發(fā)器的理想選擇。相關(guān)的數(shù)據(jù)手冊和支持文檔可在Micrel的網(wǎng)站（www.micrel.com）上找到。

二、產(chǎn)品特性

2.1 單芯片解決方案

KS8737是一款單芯片的100BaseTX/100BaseFX/10BaseT物理層解決方案，集成度高，能有效減少電路板空間和成本。

2.2 低功耗設(shè)計

采用3.3V CMOS設(shè)計，工作電流為70mA（不包括發(fā)射輸出驅(qū)動電流），功耗較低，適合對功耗有要求的應(yīng)用場景。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)兼容性

完全符合IEEE 802.3u標(biāo)準(zhǔn)，確保了與其他符合該標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備的兼容性。

2.4 接口支持

支持媒體獨立接口（MII）模式，可方便地與上層設(shè)備進行數(shù)據(jù)交互。同時支持10BaseT、100BaseTX和100BaseFX光纖通道，并具備遠端故障檢測功能。

2.5 電源管理

支持掉電模式和節(jié)能模式，能根據(jù)實際需求靈活調(diào)整功耗，延長設(shè)備的續(xù)航時間。

2.6 配置方式

可通過MII串行管理端口或外部控制引腳進行配置，方便用戶根據(jù)不同的應(yīng)用場景進行設(shè)置。

2.7 模式選擇

支持10Mbps或100Mbps速度的自動協(xié)商和手動選擇，以及全雙工和半雙工模式的自動協(xié)商和手動選擇。

2.8 操作模式

支持標(biāo)準(zhǔn)CSMA/CD或全雙工操作，可在10Mbps或100Mbps下穩(wěn)定工作。

2.9 內(nèi)置濾波

片上內(nèi)置了100BaseTX和10BaseT的濾波功能，能有效減少干擾，提高信號質(zhì)量。

2.10 LED指示

提供用于鏈路、活動、全/半雙工、沖突和速度的LED輸出，方便用戶實時了解設(shè)備的工作狀態(tài)。

2.11 媒體轉(zhuǎn)換支持

支持背靠背FX到TX的媒體轉(zhuǎn)換，適用于媒體轉(zhuǎn)換器應(yīng)用。

2.12 封裝形式

采用64引腳TQFP表面貼裝封裝（10 mm × 10 mm × 1.0 mm），便于安裝和焊接。

三、引腳描述

KS8737共有64個引腳，每個引腳都有特定的功能。以下是一些關(guān)鍵引腳的介紹：

• 電源引腳：VDD為3.3V電源引腳，GND為接地引腳。
• 時鐘引腳：X1為晶體振蕩器輸入引腳，X2為晶體振蕩器輸出引腳。
• 模式選擇引腳：MODE0和MODE1為模式選擇輸入引腳，可在復(fù)位和上電時設(shè)置操作模式。
• 數(shù)據(jù)接口引腳：TXD[3:0]為MII發(fā)送數(shù)據(jù)輸入引腳，RXD[3:0]為MII接收數(shù)據(jù)輸出引腳；TXC為MII發(fā)送時鐘輸出/背靠背模式時鐘輸入引腳，RXC為MII接收時鐘輸出引腳。
• 控制引腳：TXEN為MII發(fā)送使能輸入引腳，RXENB為MII接收使能輸入引腳；CRS為MII載波檢測輸出引腳，COL為MII沖突檢測輸出引腳。

四、功能描述

4.1 100BaseTX發(fā)送

100BaseTX發(fā)送功能包括并行到串行轉(zhuǎn)換、NRZ到NRZI轉(zhuǎn)換、MLT - 3編碼和傳輸。首先將25MHz、4位半字節(jié)轉(zhuǎn)換為125MHz的串行比特流，然后進行NRZ到NRZI的轉(zhuǎn)換，最后以MLT3電流輸出。輸出電流由外部1% 22.1kΩ電阻設(shè)置，上升/下降時間典型值為4ns，符合ANSI TP - PMD標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 100BaseTX接收

100BaseTX接收功能包括自適應(yīng)均衡、直流恢復(fù)、MLT - 3到NRZI轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)和時鐘恢復(fù)、NRZI到NRZ轉(zhuǎn)換以及串行到并行轉(zhuǎn)換。接收端首先通過均衡濾波器補償雙絞線電纜上的符號間干擾，然后進行直流恢復(fù)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，最后提取時鐘并將NRZ串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為4位并行4B半字節(jié)。

4.3 PLL時鐘合成器

KS8737為系統(tǒng)定時生成125MHz、25MHz和20MHz時鐘，內(nèi)部晶體振蕩器電路為合成器提供參考時鐘。

4.4 擾碼器/解擾碼器（僅適用于100BaseTX）

擾碼器的作用是擴展信號的功率譜，以減少電磁干擾（EMI）和基線漂移。KS8737提供擾碼器旁路模式，用于測試目的。

4.5 10BaseT發(fā)送

當(dāng)TXEN（發(fā)送使能）信號為高時，數(shù)據(jù)編碼和傳輸開始。只要TXEN保持高電平，KS8737就會繼續(xù)編碼和發(fā)送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸在TXEN變?yōu)榈碗娖綍r結(jié)束。

4.6 10BaseT接收

接收端采用輸入緩沖器和電平檢測靜噪電路，通過差分輸入接收器電路和PLL進行解碼。靜噪電路可拒絕低于300mV或脈沖寬度較短的信號，防止噪聲誤觸發(fā)解碼器。

4.7 SQE和Jabber功能（僅適用于10BaseT）

在10BaseT操作中，每個數(shù)據(jù)包發(fā)送后會在COL引腳上輸出一個短脈沖，用于測試10BaseT發(fā)送/接收路徑。如果TXEN高電平持續(xù)超過46us（Jabbering），10BaseT發(fā)送器將被禁用，COL引腳變?yōu)楦唠娖剑划?dāng)TXEN低電平持續(xù)超過368us，10BaseT發(fā)送器將重新啟用，COL引腳變?yōu)榈碗娖健?/p>

4.8 自動協(xié)商

KS8737可通過硬件（mode[1:0]）或軟件（寄存器0.12）進行自動協(xié)商。它會自動選擇操作模式，通過廣告自身能力并與鏈路伙伴的能力進行比較。自動協(xié)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，允許上層設(shè)備監(jiān)控和控制KS8737的狀態(tài)。該接口包括數(shù)據(jù)線（MDIO）、時鐘線（MDC）和可選的中斷線（INTRPT），并遵循特定的協(xié)議。

4.10 MII數(shù)據(jù)接口

數(shù)據(jù)接口包括從10/100 802.3兼容媒體訪問控制器（MAC）到KS8737的發(fā)送通道和從線路接收數(shù)據(jù)的通道。正常數(shù)據(jù)傳輸采用4B半字節(jié)模式。

4.11 電源管理

KS8737提供掉電模式和節(jié)能模式。掉電模式可通過寫入寄存器0.11或拉高PWRDWN引腳實現(xiàn)；節(jié)能模式可通過寫入寄存器1fh.15或使用外部初始化引腳啟用。

4.12 光纖模式

通過將FXMODEB（引腳46）置低可激活光纖模式。在該模式下，F(xiàn)IBP/M為接收端口，TXP/M為發(fā)送端口。當(dāng)FXSD > FXSD_THD且接收到正確的空閑模式時，鏈路建立；否則，發(fā)送遠端故障（FEF）模式。

4.13 媒體轉(zhuǎn)換器模式

KS8737提供一種特殊的光纖模式，允許使用兩個KS8737進行背靠背FX到TX的媒體轉(zhuǎn)換。通過外部1k電阻拉高引腳32可激活該模式。

五、寄存器映射

KS8737有多個寄存器，用于配置和監(jiān)控設(shè)備的狀態(tài)。以下是一些重要寄存器的介紹：

• 基本控制寄存器（0h）：用于軟件復(fù)位、設(shè)置速度、啟用自動協(xié)商、控制電源模式等。
• 基本狀態(tài)寄存器（1h）：用于顯示設(shè)備的基本狀態(tài)，如是否支持100BaseT4、100BaseTX全/半雙工、10BaseT全/半雙工等。
• 自動協(xié)商廣告寄存器（4h）：用于廣告設(shè)備的能力，如是否支持下一頁、遠程故障、暫停功能等。
• 自動協(xié)商鏈路伙伴能力寄存器（5h）：用于顯示鏈路伙伴的能力。
• 中斷控制/狀態(tài)寄存器（1bh）：用于啟用和監(jiān)控各種中斷，如Jabber中斷、接收錯誤中斷等。

六、電氣特性

6.1 絕對最大額定值

• 電源電壓（VDD）：+4.0V
• 電源參考地：–0.5V至+7.0V
• 輸出電壓（所有輸出）：–0.5V至+4.0V
• 引腳溫度（焊接，10秒）：270°C
• 存儲溫度（TS）：–55°C至+150°C
• 輸入電壓（所有輸入）：–0.5V至+4.0V

6.2 工作額定值

• 電源電壓（VDD）：+3.135V至+3.465V
• 環(huán)境溫度（TA）：0°C至+70°C
• 封裝熱阻（TQFP，無氣流）：53.7°C/W

6.3 電氣參數(shù)

不同工作模式下的總電源電流、TTL輸入輸出電壓、100BaseTX和10BaseT的接收和發(fā)送參數(shù)等都有詳細的規(guī)定，具體參數(shù)可參考文檔中的表格。

七、隔離變壓器和參考晶體選擇

7.1 隔離變壓器選擇

在線路接口處需要一個簡單的1:1隔離變壓器，推薦使用集成共模扼流圈的隔離變壓器以滿足FCC要求。變壓器的特性包括匝數(shù)比、開路電感、漏電感、繞組間電容、直流電阻、插入損耗和耐壓等。

7.2 參考晶體選擇

推薦使用具有以下典型特性的振蕩器或晶體：頻率為25.00000MHz，頻率公差最大為±100ppm，負載電容最大為20pF，串聯(lián)電阻最大為25Ω。

八、總結(jié)

KS8737是一款功能強大、性能穩(wěn)定的10/100BaseTX/FX MII物理層收發(fā)器。它具有低功耗、高集成度、標(biāo)準(zhǔn)兼容性好等優(yōu)點，適用于各種網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用。在設(shè)計過程中，需要根據(jù)具體的應(yīng)用場景合理選擇引腳配置、寄存器設(shè)置和外部元件，以確保設(shè)備的正常運行。你在使用KS8737的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。