以太网PHY芯片学习RTF8211

文章目录

• 前言
• 一、RTL8211是什么？
• 二、特性
• 三、应用场景/框图/封装
• 四、硬件设计要点
• • [1、 时钟](#1、 时钟)
  • [2、 硬件复位引脚PHYRSTB](#2、 硬件复位引脚PHYRSTB)
  • 3、INTB/PMEB
  • 5、LED灯
  • 6、ClOCK
  • 7、MDC/MDIO
  • 8、RSET脚
  • 9、电源时序
  • 10、TXDLY/RXDLY配置
• 五、layout
• 总结

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前言

上次我们讲了以太网的基本知识以及RGMII的基本知识,感兴趣的可以回顾下https://blog.csdn.net/qq_45138815/article/details/153704771?spm=1001.2014.3001.5501

，这次我们来具体学习下PHY芯片，RTF8211

RTF8211是台湾瑞昱Realtek的产品，可谓是家喻户晓，标志性的螃蟹log令人印象深刻

一、RTL8211是什么？

Realtek RTL8211F-CG/RTL8211FD-CG/RTL8211FI-CG/RTL8211FDI-CG 是一款高度集成的以太网收发器，符合 10Base-T、100Base-TX 和 1000Base-T IEEE 802.3 标准。它提供所有必要的物理层功能，通过 CAT.5 UTP 电缆传输和接收以太网数据包。RTL8211FI和RTL8211FDI均按照工业级标准制造。RTL8211F（I）/RTL8211FD（I）采用最先进的数字信号处理技术和模拟前端（AFE），实现通过UTP电缆实现高速数据传输和接收。RTL8211F（I）/RTL8211FD（I）实现了交叉检测与自动校正、极性校正、自适应均衡、串扰消除、回声消除、时序恢复和纠错等功能，以提供10Mbps、100Mbps或1000Mbps的稳健传输和接收能力。MAC与PHY之间的数据传输通过1000Base-T、10Base-T和100Base-TX的简化千比媒体独立接口（RGMII）。RTL8211F（I）/RTL8211FD（I）支持多种RGMII信号电压，包括3.3、2.5、1.8和1.5V。

二、特性

1. 1000Base-T 符合 IEEE 802.3ab 标准
2. 100Base-TX 符合 IEEE 802.3u 标准
3. 10Base-T 符合 IEEE 802.3 标准
4. 支持 RGMII
5. IEEE 802.3az-2010（节能以太网） 内置唤醒局域网（WOL）功能
6. 支持中断功能
7. 支持并行检测 交叉检测及自动纠正 自动极性校正
8. 支持 PHYRSTB 核心电源关闭 基线漂移校正
9. 1000Base-T 下 CAT.5 电缆支持 120 米 范围
10. RGMII 可选 3.3/2.5/1.8/1.5V 信号
11. 支持 25MHz 外部晶振或振荡器 为 MAC 提供 125MHz 时钟源 提供 3 个网络状态
12. LED 支持链路断电节能功能 绿色以太网（仅 1000/100Mbps 模式） 内置开关稳压器和 LDO 40 引脚 QFN 绿色封装 55 nm 工艺，超低功耗 工业级制造工艺（RTL8211FI/RTL8211FDI）

三、应用场景/框图/封装

DTV（数字电视）、MAU（媒体接入单元）、CNR（通信与网络插槽）、游戏机、打印机及办公设备、DVD 播放器及录像机、以太网集线器、以太网交换机。此外，RTL8211F(I)/RTL8211FD(I) 可用于任何需要 UTP 物理连接的嵌入式系统中的以太网 MAC。

*注意：此处3.3/2.5/1.8/1.5V电源是指来自外部电源的I/O端口电源，而非来自内部LDO。

RTL8211F方框图Blcok Diagram：

时钟要求：千兆时的时钟信号频率是125MHz；百兆时的时钟信号频率是25MHz；

（RTL8211F PHY芯片的TX和RX有单独的125MHz时钟信号，甚至第35 pin有CLKOUT，可输出125MHz/25MHz给到MAC）。

RGMII的接口如下

一般用的QFN的封装

四、硬件设计要点

1、 时钟

时钟要求：千兆时的时钟信号频率是125MHz；百兆时的时钟信号频率是25MHz；（RTL8211F PHY芯片的TX和RX有单独的125MHz时钟信号，甚至第35 pin有CLKOUT，可输出125MHz/25MHz给到MAC）。

2、 硬件复位引脚PHYRSTB

硬件复位。低有效。要进行完整的 PHY 复位，此引脚必须保持低电平至少 10 毫秒 。硬件复位后，所有寄存器将被清零。

RTL8211F(I)/RTL8211FD(I) 有一个 PHYRSTB 引脚用于复位芯片。要进行完整的 PHY 复位，该引脚必须拉低至少 10 毫秒（图 9 中的 Tgap）以重置内部稳压器。在访问 PHY 寄存器之前，请至少等待 50 毫秒*（用于内部电路稳定时间）。硬件复位后，所有寄存器将恢复到默认值

3、INTB/PMEB

RTL8211F PHY芯片的31 pin的INTB/PMEB有两个功能，主要是中断信号(interrupt)和电源管理事件(power management event)。（例如，中断信号和WOL唤醒）

中断信号：当的RTL8211F phy检测到外部信号时，会输出低电平信号到SOC。

电源管理事件：跟节能有关。

该管脚是开漏输出，开漏的意思就是没法输出高电平，需要外部上拉电阻，注意SOC的电平匹配，规格书上要求采用3.3V。
4、 RGMII Power Source

RGMII信号脚的电平配置管脚：CFG_EXT，CFG_LDO[1:0]。通常SOC端的MAC RGMII电平是3.3V或1.8V。在设计上，也是常用External 3.3V或External 1.8V 。因为电源系统上都会有3.3V或1.8V。另外，芯片的内部供电电源是通过LDO来转的，相对来说，效率低些，芯片功耗会大些，散热会差些。

5、LED灯

LED0、LED1、LED2都可以通过寄存器来配置是LINK指示灯（绿色灯，网口右边位置），还是ACTIVE指示灯（黄色灯，网口左边位置）。

note：

LED0脚内部是pull down的，用外部3.3V上拉来驱动指示灯。

LED1脚内部是pull up的，可以直接驱动指示灯。

LED2脚内部是pull down的，用外部3.3V上拉来驱动指示灯。

LED0、LED1、LED2也只能通过寄存器来配置link或active指示灯，不能单独做其他功能。

他的意思就是说有些有些引脚是需要外部3.3V上拉，有些可以直接驱动

为了减少RTL8211F(I)/RTL8211FD(I)的引脚数量，LED引脚与CFG_EXT和CFG_LDO[1:0]引脚复用。由于硬件配置共享LED输出引脚，因此在进行外部搭接和LED使用时必须考虑组合方式，以避免冲突。具体来说，当LED输出用于直接驱动LED时，每个输出驱动器的有效状态取决于上电/复位时对应CFG_EXT/CFG_LDO[1:0]输入采样的逻辑电平。

他的意思就是说有些有些引脚是需要外部3.3V上拉，有些可以直接驱动

为了减少RTL8211F(I)/RTL8211FD(I)的引脚数量，LED引脚与CFG_EXT和CFG_LDO[1:0]引脚复用。由于硬件配置共享LED输出引脚，因此在进行外部搭接和LED使用时必须考虑组合方式，以避免冲突。具体来说，当LED输出用于直接驱动LED时，每个输出驱动器的有效状态取决于上电/复位时对应CFG_EXT/CFG_LDO[1:0]输入采样的逻辑电平。

6、ClOCK

TXCLK和RXCLK上要加阻容。有认证要求的话，可以解决125MHZ辐射问题。

在100Base-TX和10Base-T模式下的RGMII接口中，TXC和RXC信号源分别为25MHz和2.5MHz；而在1000Base-T模式下，TXC和RXC信号源为125MHz。TXC总是由MAC生成，而RXC总是由PHY生成。TXD[3:0]和RXD[3:0]信号用于在时钟的上升沿和下降沿进行数据传输。

7、MDC/MDIO

MDC/MDIO是IEEE802.3标准定义的管理数据接口，用于MAC层对PHY芯片的寄存器设置、状态监控和故障诊断（类似I2C但专用以太网）。

RTL8211F的MAC（Management Data Clock）是推挽输出结构，不需要上拉。

RTL8211F的MDIO（Management Data input/output）是开漏输出，需要1.5K电阻上拉。

该接口由四个信号对组成；MDI0、MDI1、MDI2 和 MDI3。每个信号对由两个双向引脚组成，可同时进行发送和接收。MDI 接口内部具有终端电阻，以减少物料清单成本和 PCB 复杂性。在 1000Base-T 中，所有四对信号同时用于双向传输。在 10/100 链路和自动协商期间，仅使用 MDI0 和 MDI1 对。

8、RSET脚

RSET脚外接2.49KΩ(1%精度)，是内部偏置电路的精密参考电阻。

作用就是通常，芯片内部会有一个恒流源，而不是一个简单的上拉电阻。 这个恒流源会流过一个精密的外部电阻（即您提到的"校准电阻"）到地，通过测量这个电阻两端的电压，来校准CPU内部的其他电路，最典型的就是电源管理单元（VRM）的电压。

这个外部电阻被称为校准电阻或检测电阻，其核心作用是提供一个极其精准的参考基准。

9、电源时序

RTL8211F的时序是先上3.3V电压，再上1.8V电压。如果系统是1.8V电压先上，再上3.3V电压时，那外部1.8V电压就会通过RTL8211F芯片上的管脚，反灌电压到3.3V的。

电源的话提供一个 3.3V、1A 的稳定电源。RTL8211F(I)/RTL8211FD(I) 通过开关调节器/LDO 将 3.3V 稳定电源转换为 1.0V。RTL8211F(I)/RTL8211FD(I) 提供了 RGMII 电源引脚的可选功能。RGMII 接口的标准 I/O 电压为 3.3V，同时支持 2.5V/1.8V/1.5V，以降低 EMI。RGMII 的 2.5V/1.8V/1.5V 电源可由内部 LDO 提供，也可以来自外部电源。

在设计上，也是常用External 3.3V或External 1.8V。因为电源系统上都会有3.3V或1.8V。另外，芯片的内部供电电源是通过LDO来转的，相对来说，效率低些，芯片功耗会大些，散热会差些。

10、TXDLY/RXDLY配置

TXDLY：控制发送方向的时钟时序（MAC-PHY），决定发送时钟TXC和发送数据TXD之间的延迟时间。

RXDLY：控制接收方向的时钟时序（PHY->MAC），决定接收时钟RXC和接收数据RXD之间的延迟时间。

配置原则：谁发送，谁负责延迟。通过4.7k上拉电阻，由硬件配置进行延时

五、layout

1、等长

RGMII TX或者RGMII RX群组有等长要求，TXEN是TX群组，RXDV是RX群组。

RGMII TX群组：TXD3、TXD2、TXD1、TXD0、TXCLK、TXEN，共6根线。

RGMII RX群组：RXD3、RXD2、RXD1、RXD0、RXCLK、RXDV，共6根线。

RGMII TX/RX群组内等长要求是走线长度差要小于100mil。

RGMII TX/RX信号的长度要求小于15cm，走线太长的话，可能会有CRC和丢包。

RGMII信号走线，尽量有完整的参考地。

note：

TXCTL：Receive Control Signal from the MAC

RXCTL：Transmit Control Signal from the MAC

2、Clock

TXCLK和RXCLK上的阻容，要放在对应的发送端。

比如：

TXCLK的阻容要靠近MAC端，

RXCLK的阻容要靠近PHY端。

六、RGMII PHY测试

1、回环测试

Loopback回环测试，可以用来检查MAC和PHY之间通信是否OK，也可以来测试delayline时间，纯通过软件来测试。

Loopback模式，从MAC发送的数据在PHY芯片的PCS层被回环到接收通道，也叫本地回环。

测试本地Loopback时，不能插网线。


布局，晶振和PHY不要靠近板边，一是容易被静电打坏，而且辐射很大

当产品放置于辐射发射的测试环境中时，被测产品的高速器件与实验室中参考地会形成一定的容性耦合，产生寄生电容，导致出现共模辐射，寄生电容越大，共模辐射越强；而寄生电容实质就是晶体与参考地之间的电场分布，当两者之间电压恒定时，两者之间电场分布越多，两者之间电场强度就越大，寄生电容也会越大，晶体在PCB边缘与在PCB中间时电场分布如下

PCB边缘的晶振与参考接地板之间的电场分布示意图

总结

以上就是今天的分享，持续学习