EVAL - ADIN1200FMCZ评估板使用指南：开启工业以太网PHY评估之旅

在工业以太网领域，ADIN1200作为一款强大的10 Mbps和100 Mbps以太网物理层（PHY）芯片，备受关注。而EVAL - ADIN1200FMCZ评估板则为工程师们提供了一个便捷的平台，用于评估ADIN1200的各项关键特性。下面，我们就来详细了解一下这款评估板的相关信息。

文件下载：EVAL-ADIN1200FMCZ.pdf

评估板特性与内容

特性亮点

EVAL - ADIN1200FMCZ评估板具备诸多实用特性。它拥有FMC连接器，用于MII接口、MDIO信号和状态信号的连接，方便与其他设备进行交互。同时，可访问的表面贴装配置电阻和拨码开关，让用户能够灵活调整参数。而且，该评估板仅需一个外部5 V电源即可工作，大大简化了电源供应设计。

评估套件内容

评估套件包含2块EVAL - ADIN1200FMCZ评估板和2个MDIO接口转接器。这些组件为工程师提供了充足的资源来进行全面的评估工作。

所需设备与软件

设备需求

要使用EVAL - ADIN1200FMCZ评估板，需要准备5 V电源轨，可通过EXT_5V连接器连接，也可使用5 V桶形适配器连接到P4插头。此外，还需要以太网电缆、USB电缆以及运行Windows 7及以上系统的PC。

软件需求

需要安装以太网PHY软件和GUI，这些软件可在ADIN1200产品页面上下载。同时，还需要参考ADIN1200数据手册，以获取芯片的详细规格信息。

评估板硬件详解

电源供应

评估板采用单一外部5 V电源供电，可通过P4插头或EXT_5V连接器输入。板上的ADP223设备会从5 V电源生成AVDD_3P3和VDDIO电源轨。默认情况下，AVDD_3P3为3.3 V，VDDIO为2.5 V，不过VDDIO电压可通过改变R16电阻的值进行调整。不同的R16阻值对应不同的VDDIO电压，如R16 = 130 kΩ时，VDDIO为1.8 V；R16 = 200 kΩ时，VDDIO为2.5 V；R16 = 280 kΩ时，VDDIO为3.3 V。

电源时序

ADIN1200芯片本身没有电源时序要求，但在使用MDIO接口转接器时，存在一定的顺序要求。建议先通过USB为MDIO接口转接器供电，再将其连接到评估板。若出现问题，可重启图形用户界面（GUI）软件来解决连接问题。

使用模式

评估板有两种使用模式。独立模式下，可用于评估ADIN1200在IEEE 802.3测试模式下的性能，与对端设备建立连接并评估芯片性能。此时，通过EXT_5V连接器提供5 V电源。另一种模式是将评估板的FMC低引脚数（LPC）连接器插入FPGA开发板，可将媒体独立接口（MII）、时钟和发光二极管（LED）连接到FPGA板，在完整系统中评估ADIN1200。

跳线选项

评估板上有少量跳线需要根据所需的操作设置进行调整。例如，JP2跳线用于设置U7的写入模式，默认处于高位，对EEPROM进行写保护。AVDD3P3和VDDIO跳线插入时分别提供标称3.3 V和2.5 V的电压。

时钟选项

评估板提供了两种为ADIN1200提供时钟的方式。一种是使用板上的25 MHz晶体振荡器Y1，另一种是通过J1连接器输入外部时钟。当使用外部25 MHz时钟时，需要安装R120电阻并移除Y1晶体。外部时钟信号应为1.8 V至2.5 V的正弦或方波信号。

板载EEPROM和LED

评估板上有两个FPGA可控LED和一个未编程的I2C EEPROM U7。U7可通过编程设置电压，使FPGA板在电源轨上提供正确的电压。ADIN1200上有一个LED引脚（LED_0），默认情况下，当建立连接时LED_0引脚的LED亮起，有活动时闪烁。该引脚与PHY_CFG0功能共用，因此在开机和复位时可能需要将其电压设置为特定值以配置ADIN1200。

MDIO接口

MDIO接口转接器可通过P5连接器直接连接到PHY的MDIO接口，也可通过运行在PC上的以太网PHY软件GUI与评估板进行交互。转接器上有两个LED（DS7和DS8），当USB电缆首次连接时，DS8亮起；当GUI与评估板建立通信时，DS7和DS8闪烁。转接器底部还有两个按钮S5和S6，S5用于下载和重启，S6用于复位板上的ADuCM3029微控制器。

配置引脚设置

评估板的默认配置和配置选项可通过操作相关电阻和开关进行更改。例如，PHY地址可通过设置RXD_3/PHYAD_3、RXD_2/PHYAD_2、RXD_1/PHYAD_1、RXD_0/PHYAD_0相关电阻来设置；MDIX模式可通过S9开关进行配置；PHY配置的降速、EDPD、节能以太网（EEE）、软件掉电等功能可通过S1、S3和S4开关控制；MAC接口选择可通过设置相关电阻来确定。

软件安装与使用

软件安装

以太网PHY软件GUI的安装包括以太网PHY软件和USB通信驱动的安装。首先，安装以太网PHY软件、ADIN1200数据手册和评估板用户指南，安装步骤可参考软件安装部分的说明。安装完成后，安装USB通信驱动，MDIO接口转接器使用FT232RQ进行UART到USB的通信，需要从FTDI网站下载并安装相应的驱动。

初始设置

使用评估板前，需要进行以下初始设置：

1. 通过EXT_5V连接器或5 V桶形连接器为评估板提供5 V电源。
2. 将USB电缆连接到MDIO接口转接器。
3. 将USB电缆连接到PC，首次连接时会自动安装驱动，等待驱动安装完成。
4. 确保ADuCM3029微控制器面朝上，将MDIO接口转接器连接到评估板。
5. 从开始菜单的Analog Devices文件夹中启动以太网PHY软件。

软件使用

以太网PHY软件启动后，会显示一个GUI窗口，包含多个标签页，每个标签页具有不同的功能：

• Link Properties Tab：用于更改PHY配置，可选择广告速度或强制速度，并设置自动协商广告速度、EEE广告、降速、MDIX模式和能量检测掉电模式等。
• Register Access Tab：允许用户读取或写入设备寄存器，包括浏览寄存器组和手动读写单个寄存器的功能。
• Clock Pin Control Tab：控制应用于GP_CLK/RX_ER/MDIX_MODE引脚的时钟。
• Loopback Tab：提供各种环回模式，可参考ADIN1200数据手册了解详细信息。
• Test Modes Tab：用于启动设备的各种测试模式。
• FrameGenerator/Checker Tab：配置和启用帧生成器和帧检查器，可控制生成的帧数、帧长度和帧内容，选择突发模式或连续运行模式。
• Cable Diagnostics Tab：用于诊断链路问题，在链路建立时可测量链路质量，链路禁用时可进行短路、开路检查和故障距离识别等操作。
• Activity Information Window and Linking Status：显示所选PHY芯片的当前状态，包括是否建立连接、连接速度和速度模式等信息。
• Activity Log Information Section：记录状态信息和寄存器写入问题，可清除日志或导出内容进行离线查看。
• Loading a Script File：允许用户从文件中加载一系列寄存器命令，通过两个下拉菜单选择脚本文件和要运行的脚本部分。

故障排除

软件安装问题

安装以太网PHY软件时，要确保安装过程完整，包括Analog Devices的安装包和FTDI驱动。安装可能需要重启PC。首次通过USB插入MDIO接口转接器时，要让新硬件向导完全运行，再启动以太网PHY软件。若评估板未在GUI窗口中显示，要检查电源供应、USB连接、评估板和转接器的连接、以太网电缆连接以及软件是否启动。

软件通信问题

若以太网PHY软件无法读取数据，可查看Activity Log部分的消息。MDIO接口转接器和评估板连接存在一个已知的通信问题，若在连接USB电源之前将转接器连接到评估板，GUI可能无法与转接器建立正确通信。此时，可通过按下转接器底部的S6按钮重置转接器，若问题仍未解决，可退出GUI并重新启动软件。

硬件问题

确保MDIO接口转接器和评估板的电源供应正常，可使用AVDD_3P3和VDDIO测试点测量评估板上各点的电压，并与数据手册中的信息进行核对。若未建立连接，要检查以太网电缆是否正确连接，两个评估板是否都已供电，以及硬件配置是否适合所需的连接安排。若LED未亮起但GUI显示已建立连接，要根据PHY_CFG0的模式设置调整S1开关的位置。

布局指南

板层堆叠

评估板采用4层PCB设计，包括顶层、第2层、第3层和底层。所有层都有铜箔填充，但MAC和MDI接口的敏感走线周围除外。

接地平面

顶层和底层主要用于承载ADIN1200的信号和布线信号，两个内层用作接地平面。第2层是完整的接地平面，第3层主要是接地，同时有专门用于AVDD_3P3和VDDIO电源平面的区域。

隔离指南

变压器布局时，变压器下方不能有金属层，以减少变压器之间的噪声耦合。RJ45连接器应使用金属屏蔽的连接器，并将屏蔽连接到机箱接地，机箱接地和IC GND之间要有隔离间隙，且各层的隔离要一致。

电源去耦

从PCB布局角度看，去耦电容应尽可能靠近电源和GND引脚，以减少电感。

MAC接口

路由MAC接口走线时，要确保线对长度匹配，尽量避免信号交叉，避免在所有信号走线上出现短截线，建议在同一层上布线。

管理接口

MDI接口的走线应在评估板的同一侧，长度应尽可能短（小于1英寸），单个走线阻抗应低于50 Ω，线对的差分阻抗应为100 Ω。走线的阻抗应保持恒定，避免出现不连续情况，线对应一起布线，走线宽度应保持一致，尽量保持走线长度相等，避免走线上出现直角。

TVS二极管放置

建议将TVS二极管靠近ADIN1200设备放置，以确保外部保护和设备内部保护之间的走线电感最小。

热考虑

ADIN1200采用LFCSP封装，该封装有一个暴露的焊盘，必须焊接到PCB上以实现机械和热传导。通过在PCB热焊盘上设置4 × 4的热过孔阵列，可将热量更有效地散发到PCB的内层金属层。同时，封装顶部和底部的两个暴露电源条周围是禁止布线区域，要保持这些区域无走线或过孔。

EVAL - ADIN1200FMCZ评估板为工程师提供了一个全面的平台，用于评估ADIN1200工业以太网PHY芯片的性能。通过正确的硬件设置、软件安装和使用，以及遵循布局指南，工程师可以更好地发挥评估板的作用，为工业以太网应用的开发提供有力支持。你在使用这款评估板的过程中遇到过哪些有趣的问题呢？欢迎在评论区分享。