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基于Microchip LAN8650/1的10BASE-T1S以太网控制器技术解析

科技观察员 2025-10-11 09:48 次阅读
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Microchip Technology LAN8650和LAN8651工业级单对以太网交换机结合了媒体访问控制器 (MAC) 和以太网PHY。这种组合使得低成本微控制器(包括没有板载MAC的微控制器)能够访问10BASE-T1S网络。LAN8650和LAN8651的通用标准串行外设接口 (SPI) 支持连接几乎任何微控制器,以传输以太网数据包,LAN8650和LAN8651控制/状态命令通过单个串行接口执行。SPI仅需四个引脚即可实现更直观的硬件接口,与MII或RMII相比所需引脚数更少。

数据手册:*附件:Microchip Technology LAN8650和LAN8651单对以太网交换机数据手册.pdf

以太网数据包根据OPEN Alliance 10BASE-T1x MAC-PHY串行接口规范,通过串行接口进行分段和传输。串行接口协议可在基站控制器和LAN8650和LAN8651之间同时传输发射数据包和接收数据包。数据包通常存储在Microchip Technology LAN8650和LAN8651中,然后转发到基站微控制器或网络。或者,数据包也可以在切割模式下传输,用于需要降低延迟的应用。

LAN8650和LAN8651器件配有时间敏感网络 (TSN) 支持,可在庞大的以太网网络上同步计时。该时间同步对于诸多汽车应用至关重要,例如高级驾驶辅助系统 (ADAS)。

LAN8650和LAN8651符合AEC-Q100 1级认证标准,可在恶劣环境(包括−40ºC至+125ºC扩展工作温度范围)下提高稳健性。此外,LAN8650和LAN8651支持功能安全,设计用于ISO 26262应用。

特性

  • 高性能10BASE-T1S单对以太网PHY
    • 设计为IEEE标准。802.3cg™-2019
    • 通过单个平衡对导线传输10Mbit/s
      • 半双工点对点链路断,至少15米
      • 半双工多压降混合段,最长25米,至少8个PHY,降低布线和交换机端口的成本
  • 集成媒体访问控制器 (MAC)
    • 可选帧过滤,以限制输入数据包
  • 行业标准串行外设接口 (SPI)
    • 设计符合开放联盟10BASE-T1x MAC-PHY串行接口规范V1.1
    • 支持高达25MHz的时钟速率
  • 物理层防撞 (PLCA)
    • 通过避免物理层上碰撞来实现高带宽利用率
    • 突发模式,用于传输多个数据包,用于高数据包速率延迟敏感型应用
  • 载波检测多个访问/碰撞检测 (CSMA/CD) 介质访问控制
  • 通过时间戳帧进出支持时间敏感网络
  • EtherGREEN™能效
    • 低功耗10BASE-T1S PHY运行
    • 超低功耗睡眠模式
    • 由MDI活动或本地WAKE_IN触发的唤醒
    • WAKE_OUT脉冲声明
    • INH输出,用于ECU电源的启用/禁用
  • 过热和欠压保护
  • 全面支持状态中断
  • 增强的电磁兼容性/电磁干扰 (EMC/EMI) 性能
    • 射频排放
    • 耐受注入电流和网络电缆对地或电池短路
    • 简单、低成本的模拟前端
  • 3.3V单电源,集成1.8V稳压器 (LAN8651)
  • 小尺寸32引脚 (5mm x 5mm) VQFN封装,带可湿性侧翼
  • 扩展温度范围:-40°C至+125°C

应用示例

1.png

方框图

2.png

基于Microchip LAN8650/1的10BASE-T1S以太网控制器技术解析

一、产品概述

Microchip Technology推出的LAN8650/1系列是集成10BASE-T1S MAC-PHY的单对以太网控制器,专为工业物联网和汽车应用设计。这款32引脚器件将物理层收发器(PHY)、媒体访问控制器(MAC)和标准SPI接口集成于单一芯片,使低成本微控制器能够通过简单双绞线实现标准网络通信

关键特性‌:

  • 符合IEEE 802.3cg-2019标准的10BASE-T1S PHY
  • 支持半双工多点拓扑(最多8节点)和点对点连接
  • 集成MAC控制器,支持标准SPI接口(最高25MHz时钟)
  • 内置PLCA(物理层冲突避免)和CSMA/CD介质访问控制
  • 超低功耗设计,睡眠模式功耗<150μW
  • 工作温度范围-40°C至+125°C

二、技术架构详解

1. 系统架构

LAN8650/1采用三层架构设计:

  • PHY层‌:实现10Mbps单对以太网物理层,支持15米点对点和25米多点连接
  • MAC层‌:处理IEEE 802.3帧格式,包含地址过滤和统计计数器
  • SPI接口层‌:遵循OPEN Alliance TC6规范,支持数据和控制传输

2. 核心技术创新

PLCA技术‌:
通过物理层冲突避免机制,LAN8650/1在多点网络中可实现:

  • 确定性时延传输
  • 高达90%的带宽利用率
  • 支持突发模式传输(通过PLCA_BURST寄存器配置)

低功耗设计‌:

  • 三种电源管理模式:运行(130mW)、待机、深度睡眠(<150μW)
  • 支持MDI(介质相关接口)和WAKE_IN引脚唤醒
  • INH引脚控制外部电源时序

时间敏感网络‌:

  • 硬件时间戳单元(TSU)支持IEEE 802.1AS
  • 32/64位时间戳格式可选
  • 纳秒级精度(30位纳秒计数器)

三、性能参数分析

电气特性

参数条件最小值典型值最大值
供电电流(运行)LAN8650--25mA
睡眠模式电流VDDAU供电-55μA-
SPI时钟频率---25MHz
差分输出电压测试电路如图9-40.8V1.0V1.2V

机械特性

  • 32-VQFN封装(5x5mm)
  • 带可焊侧翼的湿润型引脚
  • 热阻ΘJA=43°C/W

四、开发资源推荐

  1. 参考设计‌:
  • AN1718应用笔记提供完整原理图和PCB布局指南
  • 数据手册第8章包含典型连接图(图8-2至8-8)
  1. 配置工具‌:
  • 通过OA_CONFIG0寄存器设置数据块大小(32/64字节)
  • 使用PLCA_CTRL0寄存器启用冲突避免
  • SLPCTL0寄存器配置睡眠参数
  1. 调试技巧‌:
  • 监控STS2寄存器的UV33位检测电源故障
  • 通过PLCA_STS寄存器验证网络同步状态
  • 使用TTSCx寄存器捕获时间戳分析网络时延
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