LAN8742 教程(1) 数据手册 中文翻译

LAN8742 教程(1) 数据手册 中文翻译

LAN8742 教程(1) LAN8742 教程(1) 数据手册 中文翻译

文章目录

• LAN8742 教程(1) 数据手册 中文翻译
• 前言
• 1.0 介绍
• 1.1 一般条款和约定
• 1.2 一般说明
• 2.0 引脚说明和配置
• 2.1 引脚分配
• 2.2 缓冲区类型
• 3.0 功能说明
• 3.1 收发器
• • 3.1.1 100BASE-TX发送
  • • 3.1.1.1 100BASE-TX跨RMII接口传输数据
    • 3.1.1.2 4B/5B编码
    • 3.1.1.3 加扰
    • 3.1.1.4 NRZI和MLT-3编码
    • 3.1.1.5 100M传输驱动
    • 3.1.1.6 100M锁相环（PLL）
  • 3.1.2 100BASE-TX接收
  • • 3.1.2.1 100M接收输入
    • 3.1.2.2 均衡器，基线漂移校正以及时钟和数据恢复
    • 3.1.2.3 NRZI和MLT-3解码
    • 3.1.2.4 解扰
    • 3.1.2.5 对齐
    • 3.1.2.6 5B/4B解码
    • 3.1.2.7 接收数据有效信
    • 3.1.2.8 接收器错误
    • 3.1.2.9 100M通过RMII接口接收数据
  • 3.1.3 10BASE-T传输
  • • 3.1.3.1 跨MII/RMII接口传输10M数据
    • 3.1.3.2 曼彻斯特编码
    • 3.1.3.3 10M发送驱动器
  • 3.1.4 10BASE-T接收
  • • 3.1.4.1 10M接收输入和静噪
    • 3.1.4.2 曼彻斯特解码
    • 3.1.4.3 10M通过RMII接口接收数据
    • 3.1.4.4 Jabber检测
• 3.2 自动协商
• • 3.2.1 并行检测
  • 3.2.2 重新开始自动协商
  • 3.2.3 禁止自动协商
  • 3.2.4 半双工 与 全双工
• 3.3 HP Auto-MDIX支持
• 3.4 MAC接口
• • 3.4.1 RMII
  • • 3.4.1.1 CRS_DV-载波侦听/接收数据有效
    • 3.4.1.2 参考时钟（REF_CLK）
• 3.5 串行管理接口（SMI）
• 3.6 中断管理
• • 3.6.1 主中断系统
  • 3.6.2 备用中断系统
• 3.7 配置表带
• • 3.7.1 **PHYAD [0]**:PHY地址配置
  • 3.7.2 MODE [2:0]:模式配置
  • 3.7.3 REGOFF：内部+1.2 V稳压器配置
  • • 3.7.3.1 禁用内部+1.2 V稳压器
    • 3.7.3.2 启用内部+ 1.2V稳压器
  • 3.7.4 **nINTSEL**：nINT / REFCLKO配置
  • • 3.7.4.1 REF_CLK输入模式
    • 3.7.4.2 REF_CLK输出模式
• 3.8 其他功能
• • 3.8.1 LEDS
  • • 3.8.1.1 禁用内部稳压器时，LED1/nINT/nPME的使用（REGOFF高）
    • 3.8.1.2 启用内部稳压器时，LED1/nINT/nPME的使用（REGOFF为低电平）
    • 3.8.1.3 启用nINTSEL的LED2/nINT/nPME使用
    • 3.8.1.4 禁用nINTSEL的LED2 / nINT / nPME使用
    • 3.8.1.5 REGOFF和LED1极性选择
    • 3.8.1.6 nINTSEL和LED2极性选择
    • 3.8.2 可变电压I / O
    • 3.8.3 掉电模式
    • • 3.8.3.1 常规掉电
      • 3.8.3.2 能量检测掉电（EDPD）
    • 3.8.4 局域 唤醒（WOL）
    • • 3.8.4.1 完美的DA（目标地址）检测
      • 3.8.4.2 广播检测
      • 3.8.4.3 魔术包检测
      • 3.8.4.4 唤醒帧检测
    • 3.8.5 隔离模式
    • 3.8.6 复位
    • • 3.8.6.1 硬件复位
      • 3.8.6.2 软件复位
    • 3.8.7 载波侦听
    • 3.8.8 链接完整性测试
    • 3.8.9 电缆诊断
    • • 3.8.9.1 时域反射仪（TDR）电缆诊断
      • 3.8.9.2 匹配的电缆诊断
    • 3.8.10 回环操作
    • • 3.8.10.1 近端回环
      • 3.8.10.2 远端回环
      • 3.8.10.3 连接器回环
• 3.9 应用图
• • 3.9.1 简化的系统级别应用程序图
  • 3.9.2 电源图（内部稳压器提供的1.2 V电源）
  • 3.9.3 电源图（1.2 V由外部电源供电）
  • 3.9.4 双绞线接口图（单电源）
  • 3.9.4 双绞线接口图（双电源）

前言

要想学习任何一款芯片的用法，首先就是要读懂 datasheet 了，所以教程的前面几章节就是用来翻译手册的。后面再利用 STM32CubeMx ，配置 FreeRTOS+Lwip 进行编程调试Nucleo-F767ZI 了。

1.0 介绍

1.1 一般条款和约定

1.2 一般说明

LAN8742A/LAN8742Ai是一款具有可变I/O电压的低功耗10BASE-T/100BASE-TX物理层（PHY）收发器，符合IEEE 802.3和802.3u标准。
LAN8742A / LAN8742Ai支持通过标准RMII接口与以太 MAC进行通信。它包含一个全双工10-BASE-T / 100BASE-TX收发器，并支持10 Mbps（10BASE-T）和100 Mbps（100BASE-TX）的运行。 LAN8742A / LAN8742Ai实现自动协商，以自动确定最佳的速度和双工操作模式。 HP Auto-MDIX支持允许使用直接连接或交叉LAN电缆。集成的局域 唤醒（WoL）支持提供了一种机制，可在接收到完美的DA，广播，魔术包或唤醒帧后触发中断。
LAN8742A / LAN8742Ai支持符合IEEE 802.3-2005和特定于供应商的寄存器功能。但是，操作不需要寄存器访问。可以通过第3.7节“配置带”中所述的配置引脚选择初始配置。寄存器可选的配置选项可用于进一步定义收发器的功能。
可以对LAN8742A/LAN8742Ai进行编程，以在物理层支持LAN唤醒，从而允许检测可配置的唤醒帧和Magic数据包。此功能允许在PHY层过滤数据包，而无需MAC干预。此外，LAN8742A/LAN8742Ai支持电缆诊断，该诊断使设备可以通过供应商特定的寄存器识别断开/短路及其在电缆上的位置。
根据IEEE 802.3-2005标准，所有数字接口引脚都可承受3.6 V电压。该器件可配置为使用集成的3.3 V至1.2 V线性稳压器在单个3.3 V电源上运行。线性稳压器可以有选择地禁用，从而允许使用高效的外部稳压器以降低系统功耗。
LAN8742A/LAN8742Ai提供商用（0°C至+ 70°C）和工业（-40°C至+ 85°C）温度范围版本。典型的系统应用如图1-1所示。图1-2提供了该设备的内部框图。

图1-1 系统框图

2.0 引脚说明和配置

图2-1 24-VQFN引脚分配（俯视图）

3.1.1.1 100BASE-TX跨RMII接口传输数据

MAC控制器将发送数据驱动到TXD总线上，并断言TXEN以指示有效数据。数据在REF_CLK的上升沿被收发器的RMII模块锁存。数据采用2位宽50 MHz数据的形式。

3.1.1.2 4B/5B编码

传输数据从RMII块传递到4B/5B编码器。根据表3-1，此块将数据从4位半字节编码为5位符 （称为“代码组”）。每个4位数据半字节都映射到32个可能的代码组中的16个。其余16个代码组要么用于控制信息，要么无效。

前16个代码组由其对应的数据半字节0到F的十??六进制值引用。其余代码组在两侧均带有斜杠的字母表示。例如，IDLE代码组为/I/，发送错误代码组为 /H/，等等。

表3-1：4B/5B代码表

3.1.1.3 加扰

重复的数据模式（尤其是IDLE码组）可以具有带有大的窄带峰值的功率谱密度。对数据进行加扰有助于消除这些峰值，并在整个信道带宽上更均匀地分布信 功率。 FCC法规要求这种均匀的光谱密度，以防止物理布线辐射过多的EMI。
加扰器的种子是从收发器地址PHYAD生成的，以确保在多收发器应用程序（例如转发器或交换机）中，每个收发器将具有自己的加扰器序列。
加扰器还执行数据的并行输入串行输出转换（PISO）。

3.1.1.4 NRZI和MLT-3编码

加扰器块将5位宽的并行数据传递到NRZI转换器，在此它成为串行125 MHz NRZI数据流。 NRZI被编码为MLT-3。 MLT-3是三电平代码，其中逻辑电平的变化表示代码位“ 1”，而保持在相同电平的逻辑输出表示代码位“ 0”。

3.1.1.5 100M传输驱动

然后，将MLT3数据传递到模拟发送器，该发送器将输出TXP和TXN上的差分MLT-3信 驱动通过1：1比例的隔离变压器传递到双绞线介质。 10BASE-T和100BASE-TX信 通过同一变压器，因此可以将通用的“磁性”用于两者。变送器进入CAT-5电缆的100Ω阻抗。电缆端接和阻抗匹配需要外部组件。

3.1.1.6 100M锁相环（PLL）

100M PLL锁定在参考时钟上，并生成用于驱动125 MHz逻辑和100BASE-TX发送器的125 MHz时钟

3.1.2 100BASE-TX接收

100BASE-TX接收数据路径如图3-2所示。以下各小节将说明每个主要块。
图3-2 100BASE-TX接收数据路径

3.1.2.8 接收器错误

在帧期间，意外的代码组被视为接收错误。预期的代码组是DATA集（0到F）和/T/R/（ESD）符 对。当发生接收错误时，RXER信 被置位，任意数据被驱动到RXD [1:0]线上。如果在解码/J/K/分隔符的过程中检测到错误（错误的SSD错误），则将RXER声明为true，并将值“ 1110”驱动到RXD [1;0]行上。请注意，发生错误的SSD错误时，尚未确认有效数据信 。

3.1.2.9 100M通过RMII接口接收数据

2位数据半字节被发送到RMII块。这些数据半字节以50 MHz的速率被计时到控制器。
控制器在XTAL1/CLKIN（REF_CLK）的上升沿采样数据。

3.1.3 10BASE-T传输

要传输的数据来自MAC层控制器。 10BASE-T发送器以2.5 MHz的速率从MII接收4位半字节，并将其转换为10 Mbps串行数据流。然后，对数据流进行曼彻斯特编码，并将其发送到模拟发送器，后者通过外部磁性将信 驱动到双绞线上。
10M发送器使用以下块：

?MII（数字）
?TX 10M（数字）
?10M发送器（模拟）
?10M PLL（模拟）

3.1.3.1 跨MII/RMII接口传输10M数据

MAC控制器将发送数据驱动到TXD总线上。 TXD [1:0]必须相对于REF_CLK同步转换。当TXEN置为有效时，TXD [1:0]被设备接受以进行发送。当TXEN无效时，TXD [1:0]应为“ 00”以指示空闲。当TXEN被置为无效时，TXD [1:0]的值除“ 00”外均保留给带外信令（待定义）。当TXEN被置为无效时，TXD [1:0]上的“ 00”以外的值将被器件忽略。当TXEN被置为有效时，TXD [1:0]应为每个REF_CLK周期提供有效数据。
为了符合传统的10BASE-T MAC /控制器，在半双工模式下，收发器在接收路径上环回发送的数据。这不会混淆MAC /控制器，因为在此期间未声明COL信 。收发器还支持SQE（心跳）信 。

3.1.3.2 曼彻斯特编码

4位宽的数据发送到10M TX块。半字节被转换为10 Mbps串行NRZI数据流。 10M PLL锁定到外部时钟或内部振荡器，并产生20 MHz时钟。这用于曼彻斯特编码NRZ数据流。当没有数据传输时（TXEN为低电平），10M TX模块输出正常链接脉冲（NLP），以保持与远程链接伙伴的通信。

3.1.3.3 10M发送驱动器

曼彻斯特编码的数据被发送到模拟发送器，在此对信 进行整形和滤波，然后再作为差分信 通过TXP和TXN输出驱除

3.1.4 10BASE-T接收

10BASE-T接收器通过电缆从电缆获取曼彻斯特编码的模拟信 。它从信 中恢复接收时钟，并使用该时钟恢复NRZI数据流。该10M串行数据被转换为4位数据半字节，这些半字节通过MII以2.5 MHz的速率传递到控制器。
此10M接收器使用以下块：

? 滤波器和静噪（模拟）
? 10M PLL（模拟）
? RX 10M（数字）
? MII（数字）

3.1.4.1 10M接收输入和静噪

来自电缆的曼彻斯特信 通过1:1比例磁性元件馈入收发器（在输入RXP和RXN上）。首先对其进行滤波以减少任何带外噪声。然后，它通过一个静噪电路。 SQUELCH是一组幅度和时序比较器，通常会拒绝300 mV以下的差分电压电平，并检测和识别585 mV以上的差分电压。

3.1.4.2 曼彻斯特解码

SQUELCH的输出进入10M RX块，在此处将其验证为曼彻斯特编码数据。还检查信 的极性。如果极性相反（本地RXP连接到远程伙伴的RXN，反之亦然），则可以识别并纠正该情况。反向状态由特殊控制/状态指示寄存器的XPOL位指示。 10M PLL锁定在接收到的曼彻斯特信 上，由此产生20 MHz的时钟。使用该时钟，曼彻斯特编码数据被提取并转换为10 MHz NRZI数据流。然后将其从串行转换为4位宽的并行数据。
10M RX块还检测有效的10BASE-T IDLE信 -正常链接脉冲（NLP）-以维持链接。

3.1.4.3 10M通过RMII接口接收数据

2位数据半字节被发送到RMII块。这些数据半字节在RMII REF_CLK的上升沿有效。

3.1.4.4 Jabber检测

Jabber是一种状况，其中，站通常会由于故障状况而发送比最大允许包长度更长的时间，这会导致TXEN输入保持较长的时间。特殊逻辑用于检测刺针状态并在45 ms内中止向线路的传输。一旦TXEN被置为无效，逻辑将重设刺刀条件。
如第4.2.2节“基本状态寄存器”所示，“ Jabber检测”位指示已检测到Jabber条件。

3.2 自动协商

自动协商功能的目的是根据其链接伙伴的功能自动将收发器配置为最佳链接参数。自动协商是一种用于在两个链接伙伴之间交换配置信息并自动选择双方都支持的最高性能操作模式的机制。自动协商在IEEE 802.3规范的第28条中完全定义。
一旦自动协商完成，有关已解析链接的信息就可以通过串行管理接口（SMI）传递回控制器。协商过程的结果反映在PHY特殊控制/状态寄存器的速度指示位以及自动协商链接伙伴能力寄存器中。自动协商协议是纯粹的物理层活动，并且独立于MAC控制器进行。
收发器的广告功能存储在自动协商广告寄存器中。收发器发布的默认值由用户定义的片上信 选项确定。
在自动协商期间，以下块被激活：

? 自动协商（数字）
? 100M ADC（模拟）
? 100M PLL（模拟）
? 100M均衡器/ BLW /时钟恢复（DSP）
? 10MSQUELCH（模拟）
? 10M PLL（模拟）
? 10M发送器（模拟）

启用后，将通过发生以下事件之一来启动自动协商：

? 硬件复位
? 软件复位
? 掉电复位
? 链路状态断开
? 设置基本控制寄存器的重启自动协商位

在检测到这些事件之一时，收发器通过发送快速链路脉冲（ FLP），即来自10M发送器的链接脉冲突发。它们的形状为“正常链接脉冲”，可以顺畅地通过CAT-3或CAT-5电缆。快速链接脉冲突发最多包含33个脉冲。始终存在的17个奇数脉冲构成FLP突发帧。可能存在或不存在的16个偶数脉冲包含正在发送的数据字。数据脉冲的存在表示“ 1”，而数据脉冲的存在表示“ 0”。
FLP突发发送的数据称为“链接代码字”。这些在IEEE 802.3条款28中已完全定义。
总之，收发器在其选择器字段（链接代码字的前5位）中通告802.3兼容性。它根据自动协商通告寄存器中设置的位来通告其技术能力。
该技术能力有4种可能的搭配。按照优先顺序，这些是：

? 100M全双工（最高优先级）
? 100M半双工
? 10M全双工
? 10M半双工（最低优先级）

如果宣告了收发器的全部功能（100M，全双工），并且链接伙伴能够支持10M和100M，然后自动协商选择100M作为最高性能模式。如果链路伙伴具有半双工和全双工模式，则自动协商会将全双工选择为性能最高的操作。
一旦确定了能力匹配，便会在设置了确认位的情况下重复链接代码字。链接代码字的主要内容此时的任何差异都将导致自动协商重新开始。如果未收到所有必需的FLP突发，自动协商也将重新开始。
收发器在自动协商过程中发布的功能最初由复位完成后锁在MODE [2:0]配置条上的逻辑电平确定。这些配置带也可用于禁用上电时的自动协商。有关更多信息，请参见第3.7.2节“ MODE [2:0]：模式配置”。
写入自动协商公告寄存器的第8位到第5位，可以通过软件控制收发器发布的功能。写入自动协商广告寄存器不会自动重新启动自动协商。
必须先设置基本控制寄存器的重启自动协商位，然后才能发布新功能。也可以通过软件将基本控制寄存器的自动协商使能位清零来禁用自动协商。

3.2.1 并行检测

如果LAN8742A / LAN8742Ai连接到缺乏自动协商能力的设备（即未检测到FLP），则可以基于100M MLT-3符 或10M正常链路脉冲来确定链路速度。在这种情况下，根据IEEE标准，假定链路为半双工。此功能称为“并行检测”。此功能可确保与旧版链接伙伴的互操作性。如果通过并行检测形成了链接，则自动协商扩展寄存器的链接伙伴自动协商Able位将被清除，以指示链接伙伴无法进行自动协商。控制器可以通过管理界面访问此信息。如果在并行检测期间发生故障，则将链接伙伴自动协商能力的并行检测故障位置位。
自动协商链接伙伴能力寄存器用于存储链接伙伴能力信息，该信息编码在接收到的FLP中。如果链接伙伴不具有自动协商能力，则在完成并行检测之后，将更新“自动协商链接伙伴能力寄存器”以反映链接伙伴的速度能力。

3.2.2 重新开始自动协商

通过将基本控制寄存器的重新启动自动协商位置1，可以随时重新启动自动协商。
如果链接随时断开，则自动协商也将重新启动。链路断开是由信 丢失引起的。这可能是由于电缆断裂或链接伙伴传输的信 中断引起的。自动协商将继续，以尝试确定新的链接配置。
如果管理实体通过设置基本控制寄存器的“重新启动自动协商”位来重新启动自动协商，则LAN8742A / LAN8742Ai将通过停止所有发送/接收操作进行响应。一旦在自动协商状态机中完成break_link_-计时器（大约1250 ms），自动协商就会重新开始。在这种情况下，由于缺少接收到的信 ，链接伙伴也将断开链接，因此它也会恢复自动协商。