KSZ8091RNA/RND：10BASE-T/100BASE-TX PHY的卓越之選

在當(dāng)今的電子設(shè)備中，以太網(wǎng)通信扮演著至關(guān)重要的角色。KSZ8091RNA/RND作為一款單電源10BASE - T/100BASE - TX以太網(wǎng)物理層收發(fā)器，為數(shù)據(jù)傳輸提供了高效、可靠的解決方案。下面，我們就來深入了解一下這款產(chǎn)品。

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一、產(chǎn)品概述

KSZ8091RNA/RND是高度集成的PHY解決方案，適用于通過標(biāo)準(zhǔn)CAT - 5非屏蔽雙絞線（UTP）電纜進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸和接收。它采用單3.3V電源供電，集成了1.2V核心電源的低噪聲穩(wěn)壓器，使用片上差分對終端電阻，不僅降低了電路板成本，還簡化了電路板布局。同時(shí)，它提供了Reduced Media Independent Interface（RMII），可直接與符合RMII的以太網(wǎng)MAC處理器和交換機(jī)連接。

1.1 版本差異

KSZ8091RNA默認(rèn)使用25 MHz晶體生成所有所需時(shí)鐘，包括為MAC提供的50 MHz RMII參考時(shí)鐘輸出；而KSZ8091RND默認(rèn)采用50 MHz RMII參考時(shí)鐘輸入。二者均采用24引腳、無鉛QFN封裝。

二、引腳描述與配置

2.1 引腳分配

該產(chǎn)品共有24個(gè)引腳，涵蓋了電源、信號輸入輸出等多種功能。例如，VDD_1.2為1.2V核心電源，需用2.2 μF和0.1 μF電容接地去耦；VDDA_3.3為3.3V模擬電源；RXM、RXP、TXM、TXP為物理收發(fā)信號引腳等。

2.2 引腳功能

不同引腳具有不同的功能，如XI引腳在RMII - 25 MHz模式下輸入25 MHz ±50 ppm的晶體/振蕩器/外部時(shí)鐘，在RMII - 50 MHz模式下輸入50 MHz ±50 ppm的振蕩器/外部時(shí)鐘。REF_CLK引腳在RMII - 25 MHz模式下為MAC提供50 MHz RMII參考時(shí)鐘輸出，在RMII - 50 MHz模式下不使用。

2.3 配置選項(xiàng)

PHYAD[2:0]和PME_EN等引腳在復(fù)位解除時(shí)被鎖存。在某些系統(tǒng)中，為確保引腳正確鎖存預(yù)期值，可能需要在PHYAD[1:0]和PME_EN引腳添加外部上拉（4.7 kΩ）或下拉（1.0 kΩ）電阻。

三、功能描述

3.1 10BASE - T/100BASE - TX收發(fā)器

3.1.1 100BASE - TX發(fā)送

100BASE - TX發(fā)送功能包括并行到串行轉(zhuǎn)換、4B/5B編碼、擾碼、NRZ到NRZI轉(zhuǎn)換以及MLT3編碼和傳輸。輸出信號符合ANSI TP - PMD標(biāo)準(zhǔn)，具有典型的4ns上升/下降時(shí)間。

3.1.2 100BASE - TX接收

接收功能包括自適應(yīng)均衡、DC恢復(fù)、MLT3到NRZI轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)和時(shí)鐘恢復(fù)、NRZI到NRZ轉(zhuǎn)換、解擾、4B/5B解碼以及串行到并行轉(zhuǎn)換。

3.1.3 擾碼器/解擾器

擾碼器用于擴(kuò)展傳輸信號的功率譜，減少電磁干擾（EMI）和基線漂移；解擾器則用于恢復(fù)擾碼信號。

3.1.4 10BASE - T發(fā)送

10BASE - T驅(qū)動(dòng)器與100BASE - TX驅(qū)動(dòng)器集成，可使用同一磁芯進(jìn)行傳輸。輸出信號在標(biāo)準(zhǔn)10BASE - T模式下典型幅度為2.5V峰值，在節(jié)能10BASE - Te模式下為1.75V峰值。

3.1.5 10BASE - T接收

接收端使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鎖相環(huán)（PLL）進(jìn)行解碼。靜噪電路可防止噪聲誤觸發(fā)解碼器。

3.1.6 PLL時(shí)鐘合成器

在RMII - 25 MHz時(shí)鐘模式下，KSZ8091RNA/RND從外部25 MHz晶體、振蕩器或參考時(shí)鐘生成所有內(nèi)部和外部時(shí)鐘；在RMII - 50 MHz時(shí)鐘模式下，從外部50 MHz振蕩器或系統(tǒng)時(shí)鐘生成。

3.1.7 自動(dòng)協(xié)商

該產(chǎn)品符合IEEE 802.3規(guī)范第28條定義的自動(dòng)協(xié)商協(xié)議，允許非屏蔽雙絞線（UTP）鏈路伙伴選擇最高的共同操作模式。自動(dòng)協(xié)商可通過硬件引腳（ANEN_SPEED）或軟件（寄存器0h，位[12]）啟用。

3.2 RMII數(shù)據(jù)接口

RMII是一種低引腳數(shù)的媒體獨(dú)立接口，具有8個(gè)引腳，支持10 Mbps和100 Mbps數(shù)據(jù)速率，數(shù)據(jù)傳輸和接收獨(dú)立。其信號包括REF_CLK、TXEN、TXD[1:0]、CRS_DV、RXD[1:0]和RXER等。

3.3 背對背模式 - 100 Mbps銅中繼器

兩個(gè)KSZ8091RNA/RND設(shè)備可背對背連接，形成100BASE - TX銅中繼器。通過配置共同的50 MHz參考時(shí)鐘、相關(guān)寄存器和連接RMII信號，可實(shí)現(xiàn)該功能。

3.4 MII管理（MIIM）接口

支持IEEE 802.3 MII管理接口，允許上層設(shè)備（如MAC處理器）監(jiān)控和控制KSZ8091RNA/RND的狀態(tài)。該接口包括時(shí)鐘線（MDC）和數(shù)據(jù)線（MDIO），以及特定的通信協(xié)議。

3.5 中斷（INTRP）

INTRP引腳用于通知外部控制器PHY寄存器狀態(tài)更新。通過寄存器1Bh的位[15:8]設(shè)置中斷條件，位[7:0]指示中斷狀態(tài)。

3.6 HP Auto MDI/MDI - X

該功能消除了在KSZ8091RNA/RND和其鏈路伙伴之間選擇直連電纜或交叉電纜的困擾，可自動(dòng)檢測和調(diào)整連接。默認(rèn)情況下該功能啟用，可通過寄存器1Fh的位[13]禁用。

3.7 環(huán)回模式

支持本地（數(shù)字）環(huán)回和遠(yuǎn)程（模擬）環(huán)回，用于驗(yàn)證模擬和/或數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)路徑。

3.8 LinkMD?電纜診斷

使用時(shí)域反射計(jì)（TDR）分析電纜故障，包括開路、短路和阻抗不匹配。通過訪問寄存器1Dh和1Fh可啟動(dòng)診斷測試。

3.9 NAND樹支持

提供參數(shù)化NAND樹支持，用于檢測芯片I/O和電路板之間的故障。通過特定的測試流程，可檢查數(shù)字I/O引腳連接是否正常。

3.10 電源管理

3.10.1 節(jié)能模式

當(dāng)電纜拔出時(shí)，通過向寄存器1Fh的位[10]寫入‘1’啟用，可降低收發(fā)器功耗。

3.10.2 能量檢測掉電模式

通過向寄存器18h的位[11]寫入‘0’啟用，進(jìn)一步降低功耗。

3.10.3 掉電模式

向寄存器0h的位[11]寫入‘1’可進(jìn)入掉電模式，僅保留MII管理接口功能。

3.10.4 慢振蕩器模式

向寄存器11h的位[5]寫入‘1’可啟用，與掉電模式配合，使設(shè)備進(jìn)入最低功耗狀態(tài)。

3.11 節(jié)能以太網(wǎng)（EEE）

實(shí)現(xiàn)了IEEE Standard 802.3az的節(jié)能以太網(wǎng)功能，在無流量活動(dòng)期間，通過低功耗空閑（LPI）模式節(jié)省功率?？赏ㄟ^特定的編程序列啟用100 Mbps EEE模式和10BASE - Te模式。

3.12 網(wǎng)絡(luò)喚醒（WOL）

可通過檢測特殊數(shù)據(jù)包（如魔法數(shù)據(jù)包）、自定義數(shù)據(jù)包或鏈路狀態(tài)變化來喚醒處于待機(jī)電源模式的主機(jī)系統(tǒng)。默認(rèn)情況下該功能禁用，可通過設(shè)置相關(guān)寄存器啟用。

四、寄存器描述

4.1 寄存器映射

包括標(biāo)準(zhǔn)寄存器和MDIO可管理設(shè)備（MMD）寄存器。標(biāo)準(zhǔn)寄存器提供直接讀寫訪問，MMD寄存器提供間接讀寫訪問。

4.2 標(biāo)準(zhǔn)寄存器

涵蓋基本控制、基本狀態(tài)、PHY標(biāo)識符等多種寄存器，每個(gè)寄存器的不同位具有不同的功能，如寄存器0h的位[15]用于軟件復(fù)位，位[14]用于環(huán)回模式等。

4.3 MMD寄存器

通過標(biāo)準(zhǔn)寄存器Dh和Eh作為門戶寄存器訪問。MMD寄存器包括PMA/PMD控制、EEE廣告、WOL控制等多種功能寄存器。

五、電氣特性

5.1 絕對最大額定值

超過絕對最大額定值可能損壞設(shè)備，操作時(shí)需注意。

5.2 工作額定值

包括不同電源電壓范圍和環(huán)境溫度范圍，設(shè)備在超出工作額定值時(shí)可能無法正常工作。

5.3 電氣參數(shù)

如不同模式下的電源電流、CMOS電平輸入輸出電壓、LED輸出驅(qū)動(dòng)電流等。

六、時(shí)序圖

6.1 RMII時(shí)序

包括數(shù)據(jù)接收和輸入的時(shí)序，以及相關(guān)的時(shí)序參數(shù)，如時(shí)鐘周期、建立時(shí)間、保持時(shí)間和輸出延遲等。

6.2 自動(dòng)協(xié)商時(shí)序

涉及快速鏈路脈沖（FLP）的時(shí)序參數(shù)，如FLP突發(fā)間隔、寬度等。

6.3 MDC/MDIO時(shí)序

規(guī)定了MDC時(shí)鐘頻率、MDIO信號的建立和保持時(shí)間等參數(shù)。

6.4 上電/復(fù)位時(shí)序

明確了電源電壓上升時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間、配置設(shè)置和保持時(shí)間等要求。

七、參考電路與配置

7.1 復(fù)位電路

提供了由電源觸發(fā)復(fù)位和由其他設(shè)備（如CPU或FPGA）驅(qū)動(dòng)復(fù)位的推薦電路。

7.2 LED綁帶引腳參考電路

展示了不同VDDIO電壓下LED綁帶引腳的上拉、浮空和下拉參考電路。

7.3 參考時(shí)鐘連接與選擇

說明了25 MHz和50 MHz參考時(shí)鐘的連接方式和選擇標(biāo)準(zhǔn)。

7.4 磁性連接與選擇

需要1:1隔離變壓器，推薦了相關(guān)的磁性特性和兼容的單端口磁性元件。

八、總結(jié)

KSZ8091RNA/RND以其豐富的功能、高效的性能和靈活的配置選項(xiàng)，為以太網(wǎng)通信提供了可靠的解決方案。無論是在游戲控制臺、IP電話、IP機(jī)頂盒等消費(fèi)電子設(shè)備，還是在工業(yè)控制等領(lǐng)域，都能發(fā)揮重要作用。電子工程師在設(shè)計(jì)相關(guān)產(chǎn)品時(shí)，可以充分利用該產(chǎn)品的特點(diǎn)，優(yōu)化電路板設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能。你在使用這款產(chǎn)品時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。