探索 onsemi NCN26010：工業(yè)以太網(wǎng)的理想之選

在工業(yè)自動(dòng)化、傳感器接口等領(lǐng)域，穩(wěn)定高效的以太網(wǎng)通信至關(guān)重要。onsemi 的 NCN26010 作為一款符合 IEEE 802.3cg 標(biāo)準(zhǔn)的 10 Mb/s 工業(yè)以太網(wǎng) MAC + PHY IC 控制器，為我們帶來(lái)了出色的解決方案。今天，我們就來(lái)深入了解一下這款芯片。

文件下載：onsemi NCN26010工業(yè)以太網(wǎng)收發(fā)器.pdf

一、NCN26010 概述

NCN26010 是一款集成了媒體訪問(wèn)控制器（MAC）、PLCA 協(xié)調(diào)子層（RS）和 10BASE - T1S PHY 的以太網(wǎng)收發(fā)器，專為工業(yè)多節(jié)點(diǎn)以太網(wǎng)設(shè)計(jì)。它能通過(guò)單根非屏蔽雙絞線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)，為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)提供了可靠的物理層支持。該芯片采用 3.3 V 供電，具有低功耗、小尺寸等特點(diǎn)，采用 4 mm x 4 mm QFN 32 封裝，非常適合對(duì)空間和功耗有要求的應(yīng)用場(chǎng)景。

框圖

基本應(yīng)用圖

二、特性亮點(diǎn)

（一）標(biāo)準(zhǔn)合規(guī)與兼容性

• IEEE 802.3cg 標(biāo)準(zhǔn)：完全符合 IEEE 802.3cg 標(biāo)準(zhǔn)，確保了在工業(yè)以太網(wǎng)中的兼容性和互操作性。
• Open Alliance 兼容 SPI 接口：通過(guò)該接口與主機(jī) MCU 進(jìn)行通信，方便實(shí)現(xiàn)配置和數(shù)據(jù)幀的交換。

（二）功能特性

• 物理層沖突避免（PLCA）：通過(guò)本地配置實(shí)現(xiàn)物理層沖突避免，支持在共享介質(zhì)（多節(jié)點(diǎn)）上無(wú)沖突運(yùn)行，最多可支持 8 個(gè)節(jié)點(diǎn)，提高了網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)吞吐量和可靠性。
• 增強(qiáng)抗噪模式：允許在超過(guò) IEEE 802.3cg 規(guī)范的噪聲水平下進(jìn)行通信，增強(qiáng)了芯片在惡劣工業(yè)環(huán)境中的穩(wěn)定性。
• 快速啟動(dòng)：?jiǎn)?dòng)時(shí)間小于 100 ms，能夠快速投入工作，滿足工業(yè)應(yīng)用對(duì)實(shí)時(shí)性的要求。

（三）其他特性

• 可配置數(shù)字輸出：兩個(gè)可配置的數(shù)字輸出，可驅(qū)動(dòng)低電流 LED，方便進(jìn)行狀態(tài)指示。
• 隔離模式支持：支持隔離模式下的引導(dǎo)啟動(dòng)，提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性。

三、引腳配置與電氣特性

（一）引腳配置

NCN26010 共有 32 個(gè)引腳，每個(gè)引腳都有特定的功能。例如，XI 和 XO 引腳用于連接外部時(shí)鐘源或晶體，LINEP 和 LINEN 引腳用于 MDI 數(shù)據(jù)傳輸，LED1/DIO1 和 LED0/DIO0 引腳可用于驅(qū)動(dòng)外部 LED 或其他電路。詳細(xì)的引腳功能可以參考數(shù)據(jù)手冊(cè)中的引腳描述表格。

（二）電氣特性

• 電源功耗：在不同的工作模式下，芯片的功耗表現(xiàn)不同。例如，在收發(fā)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包時(shí)，功耗典型值為 150 mW；僅接收時(shí)，功耗典型值為 75 mW；空閑時(shí)，功耗典型值為 55 mW。
• 時(shí)鐘特性：支持 25 MHz 的時(shí)鐘輸入和輸出，可通過(guò) CLKO 引腳為其他設(shè)備提供時(shí)鐘源。
• 數(shù)據(jù)傳輸特性：數(shù)據(jù)速率為 10 Mb/s，輸出信號(hào)的峰 - 峰值在 800 - 1200 mV 之間，具有良好的信號(hào)質(zhì)量。

四、寄存器配置與應(yīng)用示例

（一）寄存器配置

NCN26010 提供了豐富的寄存器，用于配置芯片的各種功能。這些寄存器分為不同的內(nèi)存映射組（MMS），包括標(biāo)準(zhǔn) SPI 控制和狀態(tài)寄存器、MAC 寄存器、PHY - PCS 寄存器等。通過(guò)對(duì)這些寄存器的設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)芯片的各種功能，如幀校驗(yàn)序列（FCS）的計(jì)算和驗(yàn)證、地址過(guò)濾、PLCA 功能的啟用等。

（二）應(yīng)用示例

1. CSMA/CD 模式基本配置

要將 NCN26010 連接到 10BASE - T1S 多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)并以 CSMA/CD 模式運(yùn)行，需要進(jìn)行以下基本配置：

• 設(shè)備復(fù)位：向復(fù)位控制和狀態(tài)寄存器（MMS0，地址 0x0003）寫入 0x00000001。
• MAC 配置：在 MAC CONFIG0 寄存器（MMS1，地址 0x0000）中設(shè)置相關(guān)位，如配置 FCS 計(jì)算和附加、啟用 TX 和 RX 功能。
• 物理鏈路啟用：設(shè)置 PHY 控制寄存器（MMS0，地址 0xFF00）的第 12 位，啟用物理鏈路。
• SPI 協(xié)議配置：根據(jù)應(yīng)用需求，在 SPI CONFIG0 寄存器（MMS0，地址 0x0004）中設(shè)置相應(yīng)的位，最后將 SYNC 位設(shè)置為 1，允許數(shù)據(jù)在主機(jī)和 MACPHY 之間流動(dòng)。

2. PLCA 模式基本配置

當(dāng)啟用 PLCA 功能時(shí)，需要確保所有節(jié)點(diǎn)都有有效的 PLCA 配置。對(duì)于協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)（PLCA ID = 0），需要進(jìn)行以下配置：

• 設(shè)置 PLCA ID 和節(jié)點(diǎn)計(jì)數(shù)：在 PLCACTRL1 寄存器（MMS4，地址 0xCA02）中設(shè)置本地 PLCA ID 為 0，并設(shè)置合適的 PLCA 節(jié)點(diǎn)計(jì)數(shù)。
• 啟用 PLCA：向 PLCACTRL0 寄存器（MMS4，地址 0xCA01）的第 15 位寫入 1，啟用 PLCA 功能。

五、時(shí)鐘配置與輸出

（一）時(shí)鐘源選擇

NCN26010 可以使用外部 25 MHz 時(shí)鐘源或通過(guò)連接石英晶體到內(nèi)部晶體振蕩器電路來(lái)生成時(shí)鐘。如果使用外部時(shí)鐘源，將其連接到 XI 引腳，XO 引腳浮空；如果使用晶體，將其連接到 XI 和 XO 引腳之間。

（二）時(shí)鐘輸出

芯片的 CLKO 引腳可以提供穩(wěn)定的 25 MHz 時(shí)鐘輸出，根據(jù) VDDIO 的設(shè)置，輸出電平可以為 3.3 V 或 2.5 V LVCMOS 電平，方便為其他組件（如 MCU）提供時(shí)鐘。

六、總結(jié)

onsemi 的 NCN26010 芯片以其豐富的功能、出色的性能和小尺寸封裝，為工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用提供了優(yōu)秀的解決方案。無(wú)論是在工業(yè)自動(dòng)化、傳感器接口，還是家庭/建筑控制、安全和現(xiàn)場(chǎng)儀表等領(lǐng)域，NCN26010 都能發(fā)揮重要作用。通過(guò)合理的寄存器配置和時(shí)鐘設(shè)置，我們可以充分發(fā)揮該芯片的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、高效的以太網(wǎng)通信。在實(shí)際應(yīng)用中，我們還需要根據(jù)具體的需求和環(huán)境，對(duì)芯片進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化和調(diào)試，以確保系統(tǒng)的可靠性和性能。你在使用類似芯片時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。