物理层收发器介绍Datasheet.pdf

广广广广广广州州州州州州周周周周周周立立立立立立功功功功功功单单单单单单片片片片片片机机 机机机机发发发发发发展展展展展展有有有有有有限限限限限限公公公公公公司司司司司司 地址 地址 广州市天河北路广州市天河北路 689 号光大银行大厦号光大银行大厦 12 楼楼 F4 网址 网址 1 1 100 0B B Baa as s see e T T T 1 1 100 00 0 0BB Ba a ass se e e T T TXX X 物 物 物物物物理 理 理理理理层 层 层层层层收 收 收收收收发 发 发发发发器 器 器器器器数 数 数数数数据 据 据据据据手 手 手手手手册 册 册册册 册 R R Ree ev v v 1 1 1 4 4 4 KKS SZ Z8 80 04 41 1N NL L R RN NL L 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司 技术支持技术支持 如果您对文档有所疑问 您可以在办公时间 星期一至星期五上午 8 30 11 50 下午 1 30 5 30 星期六上午 8 30 11 50 拨打技术支持电话或 E mail 联系 网 址 联系电话 86 020 22644358 22644359 22644360 22644361 E mail zlgmcu support 销售与服务网络销售与服务网络 广州周立功单片机发展有限公司 地址 广州市天河北路 689 号光大银行大厦 12 楼 F4 邮编 510630 电话 020 38730972 38730976 38730916 38730917 38730977 传真 020 38730925 网址 广州专卖店 地址 广州市天河区新赛格电子城 203 204 室 电话 020 87578634 87569917 传真 020 87578842 南京周立功 地址 南京市珠江路 280 号珠江大厦 2006 室 电话 025 83613221 83613271 83603500 传真 025 83613271 北京周立功 地址 北京市海淀区知春路 113 号银网中心 A 座 1207 1208 室 中发电子市场斜对面 电话 010 62536178 62536179 82628073 传真 010 82614433 重庆周立功 地址 重庆市石桥铺科园一路二号大西洋国际大厦 赛格电子市场 1611 室 电话 023 68796438 68796439 传真 023 68796439 杭州周立功 地址 杭州市天目山路 217 号江南电子大厦 502 室 电话 0571 89719480 89719481 89719482 89719483 89719484 89719485 传真 0571 28139621 成都周立功 地址 成都市一环路南二段1号数码同人港401室 磨 子桥立交西北角 电话 028 85439836 85437446 传真 028 85437896 深圳周立功 地址 深圳市深南中路 2070 号电子科技大厦 C 座 4 楼 D 室 电话 0755 83781788 5 线 传真 0755 83793285 武汉周立功 地址 武汉市洪山区广埠屯珞瑜路158号12128室 华 中电脑数码市场 电话 027 87168497 87168297 87168397 传真 027 87163755 上海周立功 地址 上海市北京东路 668 号科技京城东座 7E 室 电话 021 53083452 53083453 53083496 传真 021 53083491 西安办事处 地址 西安市长安北路 54 号太平洋大厦 1201 室 电话 029 87881296 83063000 87881295 传真 029 87880865 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司 KSZ8041NL RNL 数据手册数据手册 2008 Guangzhou ZLGMCU Development CO LTD i i 目录 1 概述 3 2 功能方框图 3 3 特性 3 4 应用 4 5 订购信息 4 6 引脚配置 KSZ8041NL 4 7 引脚描述 KSZ8041NL 5 8 复用选项 KSZ8041NL 8 9 引脚配置 KSZ8041RNL 9 10 引脚描述 KSZ8041RNL 9 11 复用选项 KSZ8041RNL 12 12 功能性描述 13 12 1 100Base TX发送 13 12 2 100Base TX接收 13 12 3 PLL时钟合成器 13 12 4 扰码器 解扰器 仅对于 100Base TX 14 12 5 10Base T发送 14 12 6 10Base T接收 14 12 7 SQE和Jabber功能 仅对于 10Base T 14 12 8 自动协商 14 12 9 MII管理 MIIM 接口 15 12 10 中断 INTRP 16 12 11 MII数据接口 仅对于KSZ8041NL 16 12 12 MII信号定义 仅对于KSZ8041NL 16 12 12 1 发送时钟 TXC 16 12 12 2 发送使能 TXEN 16 12 12 3 发送数据 3 0 TXD 3 0 17 12 12 4 接收时钟 RXC 17 12 12 5 接收数据有效 RXDV 17 12 12 6 接收数据 3 0 RXD 3 0 17 12 12 7 接收错误 RXER 17 12 12 8 载波检测 CRS 17 12 12 9 冲突 COL 17 12 13 精简的MII RMII 数据接口 18 12 14 RMII信号定义 18 12 14 1 参考时钟 REF CLK 19 12 14 2 发送使能 TX EN 19 12 14 3 发送数据 1 0 TXD 1 0 19 12 14 4 载波检测 接收数据有效 CRS DV 19 12 14 5 接收数据 1 0 RXD 1 0 19 12 14 6 接收错误 RX ER 19 12 14 7 冲突检测 19 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司 KSZ8041NL RNL 数据手册数据手册 2008 Guangzhou ZLGMCU Development CO LTD ii ii 12 15 RMII信号图 19 12 16 HP自动MDI MDI X 20 12 16 1 直通线缆 21 12 16 2 交叉线缆 21 12 17 电源管理 22 12 17 1 电源节省模式 22 12 17 2 掉电模式 22 12 18 参考时钟连接选项 22 12 19 用于电源和地连接的参考电路 23 13 寄存器映射 24 14 寄存器描述 24 15 绝对最大额定值 1 31 16 操作额定值 2 31 17 电气特性 4 32 18 时序图 33 18 1 MII SQE时序 10Base T 33 18 2 MII发送时序 10Base T 33 18 3 MII接收时序 10Base T 34 18 4 MII发送时序 100Base TX 34 18 5 MII接收时序 100Base TX 35 18 6 RMII时序 36 18 7 自动协商时序 37 18 8 MDC MDIO时序 38 18 9 复位时序 38 19 复位电路 39 20 LED 复用管脚的参考电路 39 21 隔离变压器的选择 40 22 参考晶振的选择 41 23 封装信息 42 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司 KSZ8041NL RNL 数据手册数据手册 2008 Guangzhou ZLGMCU Development CO LTD 3 3 1 概述概述 KSZ8041NL 是单电源供电的 10Base T 100Base TX 物理层收发器 它可提 MII RMII 接 口来收发数据 其独有的混合信号设计不但可以扩大发送信号的距离 与此同时还可以降低 功耗 HP Auto MDI MDI X 提供了最强大的方案来消除了要在交叉线缆和直通线缆之间进行 区分的需要 KSZ8041NL是 代 表 着 新 一 层 级 别 特 性 和 性 能 的 收 发 器 且 对 用 于 10BASE T 100BASE TX 应用的物理层收发器来说 它是极佳的选择 KSZ8041RNL 是 KSZ8041NL 的增强型 RMII 版本 它不要求使用 50MHz 的系统时钟 它使用 25MHz 的晶体来作为其输入基准时钟 并向 MAC 输出 50MHz 的 RMII 基准时钟 KSZ8041NL 和 KSZ8041RNL 的封装采用 32 引脚 无铅 MLF 符合 JDEC 标准的 QFN 封装 封装 见订购信息 数据手册和支持文档请从Micrel的网站上查找 2 功能方框图功能方框图 3 特性特性 单芯片的 10BASE T 100BASE TX 物理层解决方案 完全符合 IEEE 802 3u 标准 低功率的 CMOS 设计 功耗 180 mW HP auto MDI MDI X 通过禁能和使能选项 可执行可靠的检测操作以及在直通线缆 和交叉线缆之间进行校正 在标准电缆上可以稳健的运作 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司 KSZ8041NL RNL 数据手册数据手册 2008 Guangzhou ZLGMCU Development CO LTD 4 4 支持掉电和省电模式 支持 MII 接口 仅对于 KSZ8041NL 支持带外部 50MHz 系统时钟的 RMII 接口 仅对于 KSZ8041NL 支持带 25MHz 晶体 时钟输入和向 MAC 输出 50MHz 基准时钟的 RMII 接口 仅对 于 KSZ8041RNL MIIM MDC MDIO 管理总线频率为 6 25MHz 用于快速 PHY 寄存器配置 具有中断引脚选项 LED 输出可编程用于连接 活动和速度操作 ESD 速率 6kV 单电源供电 3 3V 内核内置了 1 8V 的稳压器 采用 32 引脚 MLF 封装 5mm 5mm 4 应用应用 打印机 LOM 游戏控制台 IPTV IP 电话 IP 机顶盒 5 订购信息订购信息 器件型号 温度范围 封装 引脚镀层 描述 KSZ8041NL 0 C 70 C 32 引脚 MLF 无 Pb MII RMII 商业温度 KSZ8041NLI 1 40 C 85 C 32 引脚 MLF 无 Pb MII RMII 工业温度 KSZ8041NL AM 1 40 C 85 C 32 引脚 MLF 无 Pb MII RMII 汽车级别的器件 KSZ8041RNL 0 C 70 C 32 引脚 MLF 无 Pb 带有 50MHz 时钟输出的 RMII 商业温度 KSZ8041RNLI 1 40 C 85 C 32 引脚 MLF 无 Pb 带有 50MHz 时钟输出的 RMII 工业温度 注 1 关于交货期 请联系工厂 6 引脚配置引脚配置 KSZ8041NL 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司 KSZ8041NL RNL 数据手册数据手册 2008 Guangzhou ZLGMCU Development CO LTD 5 5 7 引脚描述引脚描述 KSZ8041NL 引脚编号 引脚名称 类型 1 引脚功能 1 GND Gnd 地 2 VDDPLL 1 8 P 1 8V 模拟 VDD 3 VDDA 3 3 P 3 3V 模拟 VDD 4 RX I O 物理接收或发送信号 差分 5 RX I O 物理接收或发送信号 差分 6 TX I O 物理发送或接收信号 差分 7 TX I O 物理发送或接收信号 差分 8 XO O 晶体反馈 当使用 25MHz 的晶体时 只可以在 MII 模式中使用该引脚 如果使用了振荡器或外部时钟源 或如果选择了 RMII 模式 则该引脚不接入电路 9 XI REFCLK I 晶体 振荡器 外部时钟输入 MII 模式 25MHz 50ppm 晶体 振荡器或外部时钟 RMII 模式 50MHz 50ppm 振荡器或只是外部时钟 10 REXT I O 设置物理发送输出电流 将 6 49K 电阻与 100pF 电容并联起来接入到该引脚的接地 端上 见 KSZ8041NL 的参考原理图 11 MDIO I O 管理接口 MII 数据 I O 该引脚要求使用一个外部 4 7K 的上拉电阻 12 MDC I 管理接口 MII 时钟输入 该引脚与 MDIO 数据接口同步 13 RXD3 PHYAD0 Ipu O MII 模式 接收数据输出 3 2 配置模式 上拉 下拉值在上电 复位过程中被锁存为 PHYADDR 0 详情请参考 复用选项 小节 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司 KSZ8041NL RNL 数据手册数据手册 2008 Guangzhou ZLGMCU Development CO LTD 6 6 续上表 引脚编号 引脚名称 类型 1 引脚功能 14 RXD2 PHYAD1 Ipd O MII 模式 接收数据输出 2 2 配置模式 上拉 下拉值在上电 复位过程中被锁存为 PHYADDR 1 详情请参考 复用选项 小节 15 RXD1 RXD 1 PHYAD2 Ipd O MII 模式 接收数据输出 1 2 RMII 模式 接收数据输出 1 3 配置模式 上拉 下拉值在上电 复位过程中被锁存为 PHYADDR 2 详情请参考 复用选项 小节 16 RXD0 RXD 0 DUPLEX Ipu O MII 模式 接收数据输出 0 2 RMII 模式 接收数据输出 0 3 配置模式 在上电 复位过程中被锁存为 DUPLEX 寄存器 0h 位 8 详情请参考 复用选项 小节 17 VDDIO 3 3 P 3 3V 数字 VDD 18 RXDV CRSDV CONFIG2 Ipd O MII 模式 接收数据有效输出 RMII 模式 载波检测 接收数据有效输出 配置模式 上拉 下拉值在上电 复位过程中被锁存为 CONFIG2 详情请参考 复用选项 小节 19 RXC O MII 模式 接收时钟输出 20 RXER RX ER ISO Ipd O MII 模式 接收错误输出 RMII 模式 接收错误输出 配置模式 上拉 下拉值在上电 复位过程中被锁存为 ISOLATE 详情请参考 复用选项 小节 21 INTRP Opu 中断输出 可编程的中断输出 寄存器 1Bh 是中断控制 状态寄存器 用于编写中断条件和读 取中断状态 寄存器 1Fh 的位 9 用于将中断输出设置为低电 平有效 默认 或高电平有效 22 TXC O MII 模式 发送时钟输出 23 TXEN TX EN I MII 模式 发送使能输入 RMII 模式 发送使能输入 24 TXD0 TXD 0 I MII 模式 发送数据输入 0 4 RMII 模式 发送数据输入 0 5 25 TXD1 TXD 1 I MII 模式 发送数据输入 1 4 RMII 模式 发送数据输入 1 5 26 TXD2 I MII 模式 发送数据输入 2 4 27 TXD3 I MII 模式 发送数据输入 3 4 28 COL CONFIG0 Ipd O MII 模式 冲突检测输出 配置模式 上拉 下拉值在上电 复位过程中被锁存为 CONFIG0 详情请参考 复用选项 小节 29 CRS CONFIG1 Ipd O MII 模式 载波检测输出 配置模式 上拉 下拉值在上电 复位过程中被锁存为 CONFIG1 详情请参考 复用选项 小节 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司 KSZ8041NL RNL 数据手册数据手册 2008 Guangzhou ZLGMCU Development CO LTD 7 7 续上表 引脚编号 引脚名称 类型 1 引脚功能 30 LED0 NWAYEN Ipu O LED 输出 可编程的 LED0 输出 配置模式 在上电 复位过程中被锁存为自动协商使能 寄存 器 0h 位 12 详情请参考 复用选项 小节 LED0 引脚通过寄存器 1Eh 的位 15 14 来进行编写 可按如 下进行定义 LED 模式 00 连接 活动 引脚状态 LED 定义 无连接 H 关闭 连接 L 开启 活动 翻转 闪烁 LED 模式 01 连接 引脚状态 LED 定义 无连接 H 关闭 连接 L 开启 LED 模式 10 保留 LED 模式 11 保留 31 LED1 SPEED Ipu O LED 输出 可编程的 LED1 输出 配置模式 在上电 复位过程中被锁存为 SPEED 寄存器 0h 位 13 详情请参考 复用选项 小节 LED1 引脚通过寄存器 1Eh 位 15 14 来进行编写 可按如下 进行定义 LED 模式 00 速度 引脚状态 LED 定义 10BT H 关闭 100BT L 开启 LED 模式 01 活动 引脚状态 LED 定义 无活动 H 关闭 活动 翻转 闪烁 LED 模式 10 保留 LED 模式 11 保留 32 RST I 芯片复位 低电平有效 PADDLE GND Gnd 地 注 1 P 电源 Gnd 地 I 输入 O 输出 I O 双向 Ipd 带内部下拉的输入 40K 30 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司 KSZ8041NL RNL 数据手册数据手册 2008 Guangzhou ZLGMCU Development CO LTD 8 8 Ipu 带内部上拉的输入 40K 30 Opu 带内部上拉的输出 40K 30 Ipu O 在上电 复位过程中带内部上拉的输入 40K 30 否则为输出引脚 Ipd O 在上电 复位过程中带内部下拉的输入 40K 30 否则为输出引脚 2 MII Rx 模式 RXD 3 0 位与 RXCLK 同步 当 RXDV 有效时 RXD 3 0 通过 MII 将有效数据传送到 MAC 中去 当 RXDV 无效时 RXD 3 0 的操作亦无效 3 RMII Rx 模式 RXD 1 0 位与 REF CLK 同步 在每一个 CRS DV 有效的时钟周期里 将会从 PHY 发送 二位恢复的数据 4 MII Tx 模式 TXD 3 0 位与 TXCLK 同步 当 TXEN 有效时 TXD 3 0 通过 MII 将有效数据从 MAC 发 送出去 当 TXEN 无效时 TXD 3 0 操作无效 5 RMII Tx 模式 TXD 1 0 位与 REF CLK 同步 在每一个 TX EN 有效的时钟周期里 PHY 将会接收到从 MAC 发送出的二位数据 8 复用复用选项选项 KSZ8041NL 引脚编号 引脚名称 类型 1 引脚功能 15 14 13 PHYAD2 PHYAD1 PHYAD0 Ipd O Ipd O Ipu O PHY 地址会在上电 复位时被锁存 并可将其编写为 1 至 7 中 的任意一个值 默认的 PHY 地址是 00001 PHY 地址的位 4 3 总是被设为 00 18 29 28 CONFIG2 CONFIG1 CONFIG0 Ipd O Ipd O Ipd O CONFIG 2 0 strap in 引脚会在上电 复位时被锁存 并可按如 下进行定义 CONFIG 2 0 模式 000 MII 默认 001 RMII 010 保留 未用 011 保留 未用 100 MII 100Mbps 前导码恢复 101 保留 未用 110 保留 未用 111 保留 未用 20 ISO Ipd O ISOLATE 模式 上拉 使能 下拉 默认 禁能 在上电 复位期间 该引脚值被锁存到寄存器 0h 的位 10 中 31 SPEED Ipu O SPEED 模式 上拉 默认 100Mbps 下拉 10Mbps 在上电 复位期间 该引脚值被作为速度选择锁存到寄存器 0h 的位 13 中 还作为速度功能支持被锁存到寄存器 4h 自动协 商广告 16 DUPLEX Ipu O DUPLEX 模式 上拉 默认 半双工 下拉 全双工 在上电 复位期间 该引脚值被作为双工模式被锁存到寄存器 0h 的位 8 中 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司 KSZ8041NL RNL 数据手册数据手册 2008 Guangzhou ZLGMCU Development CO LTD 9 9 续上表 引脚编号 引脚名称 类型 1 引脚功能 30 NWAYEN Ipu O Nway 自动协商使能 上拉 默认 使能自动协商 下拉 禁能自动协商 在上电 复位期间 该引脚值被锁存到寄存器 0h 的位 12 中 注 1 Ipu O 在上电 复位期间带内部上拉的输入 40K 30 否则为输出 Ipd O 在上电 复位期间带内部下拉的输入 40K 30 否则为输出 引脚 strap ins 在上电或复位期间被锁存 在某些系统中 MAC 接收输入引脚可能会在 上电或复位期间被驱动为高电平 并因此令 MII RMII 信号上的 PHY strap in 引脚被锁存为 高电平 在这个情况里 建议往 PHY strap in 引脚上增加 1K 的下拉电阻 以保证 PHY 不会 进入 ISOLATE 模式 或者不会被配置了不正确的 PHY 地址 9 引脚配置引脚配置 KSZ8041RNL 10 引脚描述引脚描述 KSZ8041RNL 引脚编号 引脚名称 类型 1 引脚功能 1 GND Gnd 地 2 VDDPLL 1 8 P 1 8V 模拟 VDD 3 VDDA 3 3 P 3 3V 模拟 VDD 4 RX I O 物理接收或发送信号 差分 5 RX I O 物理接收或发送信号 差分 6 TX I O 物理发送或接收信号 差分 7 TX I O 物理发送或接收信号 差分 8 XO O 晶体反馈 用于 25MHz 的晶体 如果使用了振荡器或外部时钟源 则该引脚不接入电路 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司 KSZ8041NL RNL 数据手册数据手册 2008 Guangzhou ZLGMCU Development CO LTD 10 10 续上表 引脚编号 引脚名称 类型 1 引脚功能 9 XI I 晶体 振荡器 外部时钟输入 25MHz 50ppm 10 REXT I O 设置物理发送输出电流 将 6 49K 电阻与 100pF 电容并联起来接入到该引脚的接地 端上 见 KSZ8041RNL 的参考原理图 11 MDIO I O 管理接口 MII 数据 I O 该引脚要求使用一个外部 4 7K 的上拉电阻 12 MDC I 管理接口 MII 时钟输入 该引脚与 MDIO 数据接口同步 13 PHYAD0 Ipu O 上拉 下拉值在上电 复位过程中被锁存为 PHYADDR 0 详情 请参考 复用选项 小节 14 PHYAD1 Ipd O 上拉 下拉值在上电 复位过程中被锁存为 PHYADDR 1 详情 请参考 复用选项 小节 15 RXD1 PHYAD2 Ipd O RMII 模式 RMII 接收数据输出 0 2 配置模式 上拉 下拉值在上电 复位过程中被锁存为 PHYADDR 2 详情请参考 复用选项 小节 16 RXD0 DUPLEX Ipu O RMII 模式 接收数据输出 0 2 配置模式 在上电 复位过程中被锁存为 DUPLEX 寄存器 0h 位 8 详情请参考 复用选项 小节 17 VDDIO 3 3 P 3 3V 数字 VDD 18 CRSDV CONFIG2 Ipd O RMII 模式 载波检测 接收数据有效输出 配置模式 上拉 下拉值在上电 复位过程中被锁存为 CONFIG2 详情请参考 复用选项 小节 19 REF CLK O 50MHz 的时钟输出 该引脚向 MAC 提供 50MHz RMII 基准时钟输出 20 RX ER ISO Ipd O RMII 模式 RMII 接收错误输出 配置模式 上拉 下拉值在上电 复位过程中被锁存为 ISOLATE 详情请参考 复用选项 小节 21 INTRP Opu 中断输出 可编程的中断输出 寄存器 1Bh 是中断控制 状态寄存器 用于编写中断条件和读 取中断状态 寄存器 1Fh 的位 9 用于将中断输出设置为低电 平有效 默认 或高电平有效 22 NC O 无连接 23 TX EN I RMII 发送使能输入 24 TXD0 I RMII 发送数据输入 0 3 25 TXD1 I RMII 发送数据输入 1 3 26 NC I 无连接 27 NC I 无连接 28 CONFIG0 Ipd O 上拉 下拉值在上电 复位过程中被锁存为 CONFIG0 详情请 参考 复用选项 小节 29 CONFIG1 Ipd O 上拉 下拉值在上电 复位过程中被锁存为 CONFIG1 详情请 参考 复用选项 小节 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司 KSZ8041NL RNL 数据手册数据手册 2008 Guangzhou ZLGMCU Development CO LTD 11 11 续上表 引脚编号 引脚名称 类型 1 引脚功能 30 LED0 NWAYEN Ipu O LED 输出 可编程的 LED0 输出 配置模式 在上电 复位过程中被锁存为自动协商使能 寄存 器 0h 位 12 详情请参考 复用选项 小节 LED0 引脚通过寄存器 1Eh 位 15 14 来进行编写 可按如下 进行定义 LED 模式 00 连接 活动 引脚状态 LED 定义 无连接 H 关闭 连接 L 开启 活动 翻转 闪烁 LED 模式 01 连接 引脚状态 LED 定义 无连接 H 关闭 连接 L 开启 LED 模式 10 11 保留 31 LED1 SPEED Ipu O LED 输出 可编程的 LED1 输出 配置模式 在上电 复位过程中被锁存为 SPEED 寄存器 0h 位 13 详情请参考 复用选项 小节 LED1 引脚通过寄存器 1Eh 位 15 14 来进行编写 可按如下 进行定义 LED 模式 00 速度 引脚状态 LED 定义 10BT H 关闭 100BT L 开启 LED 模式 01 活动 引脚状态 LED 定义 无活动 H 关闭 活动 翻转 闪烁 LED 模式 10 11 保留 32 RST I 芯片复位 低电平有效 PADDLE GND Gnd 地 注 1 P 电源 Gnd 地 I 输入 O 输出 I O 双向 Opu 带内部上拉的输出 40K 30 Ipu O 在上电 复位过程中带内部上拉的输入 40K 30 否则为输出引脚 Ipd O 在上电 复位过程中带内部下拉的输入 40K 30 否则为输出引脚 2 RMII Rx 模式 RXD 1 0 位与 REF CLK 同步 在每一个 CRS DV 有效的时钟周期里 将会从 PHY 发送 二位恢复的数据 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司 KSZ8041NL RNL 数据手册数据手册 2008 Guangzhou ZLGMCU Development CO LTD 12 12 3 RMII Tx 模式 TXD 1 0 位与 REF CLK 同步 在每一个 TX EN 有效的时钟周期里 PHY 将会接收到从 MAC 发送出的二位数据 11 复用复用选项选项 KSZ8041RNL 引脚编号 引脚名称 类型 1 引脚功能 15 14 13 PHYAD2 PHYAD1 PHYAD0 Ipd O Ipd O Ipu O PHY 地址会在上电 复位时被锁存 并可将其编写为 1 至 7 中 的任意一个值 默认的 PHY 地址是 00001 PHY 地址的位 4 3 总是被设为 00 18 29 28 CONFIG2 CONFIG1 CONFIG0 Ipd O Ipd O Ipd O CONFIG 2 0 strap in 引脚会在上电 复位时被锁存 并可按如 下进行定义 CONFIG 2 0 模式 000 保留 未用 001 RMII 010 保留 未用 011 保留 未用 100 保留 未用 101 保留 未用 110 保留 未用 111 保留 未用 20 ISO Ipd O ISOLATE 模式 上拉 使能 下拉 默认 禁能 在上电 复位期间 该引脚值被锁存到寄存器 0h 的位 10 中 31 SPEED Ipu O SPEED 模式 上拉 默认 100Mbps 下拉 10Mbps 在上电 复位期间 该引脚值被作为速度选择锁存到寄存器 0h 的位 13 中 还作为速度功能支持被锁存到寄存器 4h 自动协 商广告 16 DUPLEX Ipu O DUPLEX 模式 上拉 默认 半双工 下拉 全双工 在上电 复位期间 该引脚值被作为双工模式被锁存到寄存器 0h 的位 8 中 30 NWAYEN Ipu O Nway 自动协商使能 上拉 默认 使能自动协商 下拉 禁能自动协商 在上电 复位期间 该引脚值被锁存到寄存器 0h 的位 12 中 注 1 Ipu O 在上电 复位期间带内部上拉的输入 40K 30 否则为输出引脚 Ipd O 在上电 复位期间带内部下拉的输入 40K 30 否则为输出引脚 引脚 strap ins 在上电或复位期间被锁存 在某些系统中 MAC 接收输入引脚可能会在 上电或复位期间被驱动为高电平 并因此令 RMII 信号上的 PHY strap in 引脚被锁存为高电 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司 KSZ8041NL RNL 数据手册数据手册 2008 Guangzhou ZLGMCU Development CO LTD 13 13 平 在这个情况里 建议往 PHY strap in 引脚上增加 1K 的下拉电阻 以保证 PHY 不会进入 ISOLATE 模式 或者不会被配置了不正确的 PHY 地址 12 功能性描述功能性描述 KSZ8041NL 是一个 3 3V 单电源供电的快速以太网收发器 它完全遵从 IEEE 802 3u 规 范 在媒体方面 KSZ8041NL 支持 10Base T 和 100Base TX 利用 HP auto MDI MDI X 来 在直通线缆和交叉线缆之间执行可靠的检测和校正 KSZ8041NL 可以选择 MII 或 RMII 数据接口来与 MAC 处理器进行连接 MII 管理总线 选项允许 MAC 处理器对 KSZ8041NL 的控制和状态寄存器进行完全的访问 另外 中断引 脚也消除了处理器要轮询 PHY 状态变更的需要 通过使用有专利权的模式拟电路 可以提高物理信号发送和接收的能力 此电路令整个 设计更有效率 并降低了功耗 缩小了芯片面积 KSZ8041RNL 是 KSZ8041NL 的增强型 RMII 版本 它不要求使用 50MHz 的系统时钟 它使用 25MHz 的晶体来作为其输入基准时钟 并向 MAC 输出 50MHz 的 RMII 基准时钟 12 1 100Base TX发送发送 100Base TX 发送功能执行并行转串行的转换操作 4B 5B 编码 扰码器 NRZ to NRZI 转换以及 MLT3 编码和传送 电路首先是启动并行转串行的转换操作 将 MAC 中的 MII 数据转换成 125MHz 串行位 流 然后将数据和控制流转换成 4B 5B 编码 再进入扰码器 序列化的数据被再进一步执 行 NRZ to NRZI 格式的转换操作 最后在 MLT3 电流输出中发送出去 输出电流通过外部 6 49k 1 的电阻来进行设置 以获取 1 1 的变压比 关于振幅平衡 过冲和定时抖动 它的典型上升 下降时间为 4ns 并符合 ANSI TP PMD 标准 波形的 10Base T 输出驱动还与 100Base TX 驱动合并在一起 12 2 100Base TX接收接收 100Base TX 接收器功能执行自适应均衡 DC 恢复 MLT3 to NRZI 转换 数据和时钟 恢复 NRZI to NRZ 转换 解忧码操作 4B 5B 译码和串行转并行的转换操作 接收方面首先是启动均衡过滤器来对双绞线上的码间干扰 ISI 进行补偿 由于振幅 损失和相位失真是线缆长度的一个功能 因此均衡器必须要调整其特性来获取最佳的性能 在该设计中 均衡器把即将进入的信号强度与一些已知的线缆特性进行比较 然后在比较的 基础上作出初步的估计 再进行自我调谐以获取最优性能 这就是随着环境的改变如温度变 化来不断进行的处理和自我调整操作 下一步就是 均衡过的信号通过 DC 恢复和数据转换模块 DC 恢复电路用于对基线漂 移的效果进行补偿 以改进动态范围 差分数据转换电路将 MLT3 格式转换回 NRZI 切片 阀值也是自适应的 时钟恢复电路从 NRZI 信号的边沿提取 125MHz 的时钟 然后用这恢复的时钟将 NRZI 信号转换成 NRZ 格式 这信号先是被发送到解忧器中 然后再进入 4B 5B 解码器 最后 NRZ 串行数据被转换成 MII 格式 并被作为输入数据提供到 MAC 中 12 3 PLL时钟合成器时钟合成器 KSZ8041NL RNL 产生 125M z 25M z 和 20M z 的时钟来进行系统计时 内部时钟 由外部 25MHz 晶体或振荡器产生 对于在 RMII 模式下的 KSZ8041NL 这些内部时钟由外 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司 KSZ8041NL RNL 数据手册数据手册 2008 Guangzhou ZLGMCU Development CO LTD 14 14 部 50MHz 振荡器或系统时钟产生 12 4 扰码器扰码器 解扰器 仅对于解扰器 仅对于 100Base TX 扰码器的目的是传播信号的功率谱 以便降低 EMI 和基线漂移 12 5 10Base T发送发送 10Base T 驱动与 100Base TX 驱动混合在一起以允许使用相同的磁路进行传输 驱动还 可以执行内部波形整形和预均衡 并输出峰值振幅为 2 5V 的 10Base T 信号 当 10Base T 信号由全为 1 的曼彻斯特编码的信号驱动时 它的谐波至少为 27dB 低于基本的频率 12 6 10Base T接收接收 在接收方面 使用了输入缓冲器和电平检测噪声抑制电路 差分输入接收器电路和 PLL 执行解码功能 曼彻斯特编码的数据流被分离成时钟信号和 NRZ 数据 噪声抑制电路不会 接收电平少于 400mV 或带有短脉冲的信号 以防止 RX 和 RX 输入上的噪音错误地触发译 码器 当输入超过噪声抑制极限时 PLL 锁定即将进入的信号 KSZ8041NL RNL 对数据帧 进行译码 接收时钟在接收数据期间的空闲周期里始终保持激活 12 7 SQE和和Jabber功能功能 仅对于仅对于 10Base T 在 10Base T 操作中 短脉冲在每发送完一帧后会被输出到 COL 引脚上 要求执行 SQE 测试为了对 10Base T 发送 接收路径进行测试 如果发送使能 TXEN 为高电平的时间大 于 250ms jabbering 那么 10Base T 发送器禁能 且 COL 被提交为高电平 如果 TXEN 接 着被驱动为低电平的时间大于 250ms 则 10Base T 发送器将会再次使能 而 COL 无效 变 回低电平 12 8 自动协商自动协商 KSZ8041NL RNL 遵从 IEEE 802 3u 规范第 28 条中所定义的自动协商协议 自动协商可 由硬件引脚复用 引脚 30 或软件 寄存器 0h 的位 12 来使能 自动协商允许非屏蔽的双绞线 UTP 连接伙伴来选择最高级的公共操作模式 连接伙 伴向彼此广告它们的容量 然后将它们自身的容量与从它们连接伙伴接收到的容量进行比 较 最高速度和双工设置是常用的二个连接伙伴 被选作为操作模式 以下列表所示为从高到低的速度和双工操作模式 优先级 1 100Base TX 全双工 优先级 2 100Base TX 半双工 优先级 3 10Base T 全双工 优先级 4 10Base T 半双工 如果不支持自动协商或 KSZ8041NL RNL 连接伙伴被强逼旁路自动协商 那么 KSZ8041NL RNL 通过观察其接收器接收到的信号来设置操作模式 这就是大家所熟悉的并 行检测操作 并允许 KSZ8041NL RNL 在没有使用自动协商广告协议的情况下以侦听固定的 信号协议的方式来建立连接 自动协商连接过程请看图 1 的流程图的阐述 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司 KSZ8041NL RNL 数据手册数据手册 2008 Guangzhou ZLGMCU Development CO LTD 15 15 图 1 自动协商流程图 12 9 MII管理 管理 MIIM 接口 接口 KSZ8041NL RNL 支持 IEEE 802 3 MII 管理接口 也就是所说的管理数据输入 输出 MDIO 接口 该接口允许用高层的设备来监控和控制 KSZ8041NL RNL 的状态 带 MIIM 能力的外部设备用于读取 PHY 状态 和 或配置 PHY 设置 关于 MIIM 接口的更多详情 请查阅 IEEE 802 3 规范的第 22 2 4 条款 MIIM 接口构成如下 物理连接 包含着时钟线 MDC 和数据线 MDIO 根据上述所提到的物理连接进行操作的特定协议允许外部控制器与一个或多个 PHY 设备进行通信 通过其 PHYAD 2 0 复用引脚来为每一个 KSZ8041NL RNL 设 备分配置一个 1 到 7 之间的独特 PHY 地址 同时 每一个 KSZ8041NL RNL 设备 支持广播 PHY 地址 0 根据 IEEE 802 3 规范进行定义 它用于读写单个 KSZ8041NL RNL 设备 或者可以同时写多个 KSZ8041NL RNL 设备 16 位 MDIO 寄存器集 要求使用寄存器 0 6 且它们定义的功能要符合 IEEE 802 3 规范 其它寄存器则用于以后的扩展操作 表 1 所示为 KSZ8041NL RNL 的 MII 管理帧格式 表 1 MII 管理帧格式 前导码 起始帧 读 写 操作码 PHY 地 址位 4 0 REG 地 址位 4 0 TA 数据位 15 0 空闲 读 32 1 s 01 10 00AAA RRRRR Z0 DDDDDDDD DDDDDDDD Z 写 32 1 s 01 01 00AAA RRRRR 10 DDDDDDDD DDDDDDDD Z 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司 KSZ8041NL RNL 数据手册数据手册 2008 Guangzhou ZLGMCU Development CO LTD 16 16 12 10 中断 中断 INTRP INTRP 引脚 21 是可选的中断信号 用于向外部控制器通知已将状态更新到 KSZ8041NL RNL PHY 寄存器中 寄存器 1Bh 的位 15 8 是中断控制位 用于使能和禁能提 交 INTRP 信号的条件 寄存器 1Bh 的位 7 0 是中断状态位 用于指示已发生的中断条件 中断状态位会在读取寄存器 1Bh 之后被清除 寄存器 1Fh 的位 9 用于将中断电平设置为高电平有效或者是低电平有效 12 11 MII数据接口 仅对于数据接口 仅对于KSZ8041NL 媒体独立接口 MII 由 IEEE 802 3 规范中的第 22 条款进行指定 它提供物理层和 MAC 层设备之间的共用接口 并具有以下主要的特性 支持 10Mbps 和 100Mbps 数据速率 使用 25MHz 基准时钟 由 PHY 提供 提供独立的 4 位宽 半字节 发送和接收数据路径 包含二组不同的信号 一组用于传送 一组用于接收 默认情况下 KSZ8041NL 在其上电或复位后被配置成进入 MII 模式 配置如下 将 25MHz 晶体连接到 XI XO 引脚 9 8 或将外部 25MHz 的时钟源连接到 XI 将 CONFIG 2 0 引脚 18 29 28 设置为 000 默认设置 12 12 MII信号定义 仅对于信号定义 仅对于KSZ8041NL 表 2 描述了 MII 信号 详情请参考 IEEE 802 3 规范的第 22 条款 表 2 MII 信号定义 MII 信号名称 方向 关于 PHY KSZ8041NL 信号 方向 关于 MAC 描述 TXC 输出 输入 发 送 时 钟 10Mbps 时 为 2 5MHz 100Mbps 时为 25MHz TXEN 输入 输出 发送使能 TXD 3 0 输入 输出 发送数据 3 0 RXC 输出 输入 接 收 时 钟 10Mbps 时 为 2 5MHz 100Mbps 时为 25MHz RXDV 输出 输入 接收数据有效 RXD 3 0 输出 输入 接收数据 3 0 RXER 输出 输入 或 不要求 接收错误 CRS 输出 输入 载波检测 COL 输出 输入 冲突检测 12 12 1 发送时钟 发送时钟 TXC TXC 由 PHY 提供 它是一个连续的时钟 提供对 TXEN 和 TXD 3 0 的定时基准 TXC 为 2 5MHz 用于 10Mbps 操作时 和 25MHz 用于 100Mbps 操作时 12 12 2 发送使能 发送使能 TXEN TXEN指示MAC正在TXD 3 0 上传送半字节 它在与前导码的首个半字节同步时有效 并在所有将被发送的半字节在 MII 传送的过程中保持有效 在紧随着帧最后的半字节的第一 个 TXC 到来之前 TXEN 无效 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司 KSZ8041NL RNL 数据手册数据手册 2008 Guangzhou ZLGMCU Development CO LTD 17 17 TXEN 发送关于 TXC 同步 12 12 3 发送数据发送数据 3 0 TXD 3 0 TXD 3 0 传送关于 TXC 同步 当 TXEN 有效时 则 PHY 会接收 TXD 3 0 进行传送 当 TXEN 无效时 TXD 3 0 为 00 来表示空闲 当 TXEN 无效而 TXD 3 0 上的值不是 00 时 则 PHY 会将其忽略 12 12 4 接收时钟 接收时钟 RXC RXC 为 RXDV RXD 3 0 和 RXER 提供定时基准 在 10Mbps 模式下 RXC 会在载波有效时从线上恢复 当线路是空闲或连接断开 则可以从 PHY 的基准时钟上提取出 RXC 在 100Mbps 模式下 RXC 可以连续地从线路上恢复 如果线路断开 则可以从 PHY 的基准时钟上提取出 RXC RXC 为 2 5MHz 用于 10Mbps 操作时 和 25MHz 用于 100Mbps 操作时 12 12 5 接收数据有效 接收数据有效 RXDV RXDV 由 PHY 驱动来表示正在 RXD 3 0 上