基于AX88796C的低功耗以太網接口模塊設計

摘 要： 為了實現低功耗以太網接口電路的設計，同時滿足兼容多種微處理器的目的，采用低功耗并支持SPI及Non?PCI總線的以太網控制器AX88796C作為核心芯片，提出了一種低功耗以太網接口模塊的設計方案，同時給出了設計中的一些注意事項。

關鍵詞： 以太網； 接口； 低功耗； AX88796C

中圖分類號： TN710?34；TP393 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）23?0130?03

Design of low?power Ethernet interface module based on AX88796C

SHI Jun?ling1， ZHANG Xian?hong2

（1. Ordos City Branch of China United Network Communications Co.， Ltd.， Ordos 017000， China；

2. China Mobile Communication Group Inner Mongolia Limited Company Ordos Branch， Ordos 017000， China）

Abstract： In order to realize the design of Ethernet interface circuit with low power， and satisfy the objective of compatible with a variety of microprocessor， a design scheme of low power consumption of Ethernet interface module is proposed. The scheme uses low power Ethernet controller AX88796C which support SPI Bus and Non?PCI Bus as the core chip. The attention points in the design are given at the same time.

Keywords： Ethernet； interface； low power； AX88796C

0 引 言

隨著以太網技術應用的日益普及，工業現場的儀器儀表、數據采集和控制設備以及家庭電器設備也日趨網絡化，各種網絡相關的系統設備對以太網接口技術的要求也越來越高。在進行以太網接口電路設計時，很多應用場合尤其是手持式網絡設備需要考慮低功耗設計，加之近年來Multimedia SoC有向封裝小型化發展的趨勢，減少芯片引腳數目的最佳方法即是采用串行接口，通常是采用SPI接口，這就要求選用合適的以太網控制器芯片。Asix電子的以太網控制器AX88796C不但具備低功耗[1]的特性，而且支持SPI總線及Non?PCI[2]總線，可兼容多種微處理器。

1 低功耗以太網控制芯片AX88796C

AX88796C是一款針對嵌入式及工業以太網應用的網絡控制芯片，功耗低、引腳數少，并支持可變I/O工作電壓的SPI或Non?PCI接口。AX88796C采用符合業界標準的8/16位類SRAM或地址/數據總線復用接口，可與各類常用或高階的微控制器直接相連，而無須添加任何外部邏輯線路。此外，AX88796C還針對具備SPI主機側接口的微處理器，提供一組可選的SPI 從機接口來簡化硬件連接。AX88796C內置符合IEEE 802.3/ IEEE 802.3u規范的10/100M以太網物理層（PHY）及媒體訪問控制器（MAC），集成14 KB SRAM網絡封包緩沖，以高效率的方式進行封包的儲存、檢索與修改。AX88796C還具備先進的電源管理、高性能封包傳輸模式、IPv4/IPv6 封包校驗和承載引擎、IEEE 802.3x背壓流量控制[3]及線纜交叉自適應（HP Auto?MDIX）等特性。AX88796C支持兩種工作溫度范圍，包括商業規格0～70 ℃以及工業規格-40～85 ℃，僅64引腳的小封裝尺寸可大幅減少所需PCB空間。在應用方面，AX88796C的驅動程序非常易于編制[4]，工程師可容易且快速地將其移植到各類嵌入式系統中。

1.1 AX88796C的特性

1.1.1 具備高性能Non?PCI接口

AX88796C支持8/16 b類SRAM主機側接口，容易與常見的嵌入式MCU如MCS?51系列、Renesas系列等常用微處理器直接連接。

在類SRAM主機側接口上支持Slave?DMA[5]機制以減少CPU的負荷并支持突發數據讀寫模式，以滿足高性能的應用需求。

I/O接口支持可變工作電壓（1.8/2.5/3.3 V）和可編程電流驅動能力（4/8 mA）。

AX88796C配備了可編程定時器的中斷引腳。

1.1.2 具備高性能SPI接口

針對具備SPI主機側接口的CPU，可通過SPI從接口接入。其支持SPI計時模式0和3，最高時鐘頻率40 MHz，支持可變工作電壓及可編程驅動能力。

AX88796C支持可選的Ready信號，用于SPI封包收發流量控制。

1.1.3 集成單芯片快速以太網 MAC/PHY 控制器

AX88796C內置14 KB的SRAM用于封包緩沖。提供IPv4/IPv6封包校驗和承載引擎，以減輕CPU的負荷，支持IPv4 IP/TCP/UDP/ICMP/IGMP、IPv6 TCP/UDP/ICMPv6 封包校驗和的產生和核對。

AX88796C支持VLAN匹配過濾。集成10BASE?T/100BASE?TX（雙絞線模式）快速以太網MAC/PHY收發器，兼容IEEE 802.3/802.3u規范。支持交叉線自動偵測及切換（HP Auto?MDIX）。在全雙工模式下支持IEEE 802.3x流量控制，半雙工模式下支持背壓流量控制。支持自動輪詢PHY狀態。支持10/100 Mb/s N?way自動協商機制。

1.1.4 具備先進的電源管理功能

AX88796C支持動態電源管理以節省在空載或低負載狀況下的功耗。支持極低功耗下等待網絡遠程喚醒的睡眠模式。喚醒事件包括網絡鏈接狀態變動、收到Magic封包、收到Microsoft Wakeup封包或通用I/O引腳觸發。支持Protocol Offload[6]（ARP NS），用于Windows 7網絡電源管理。在WOL模式及Remote Wakeup Ready模式下，支持完整的I/O引腳隔離，以減少non?PCI和SPI接口上的漏電流。

AX88796C除具備以上特性外，還可選外接E2PROM，以儲存MAC地址；支持四個通用I/O引腳，其中兩個支持Wake?On?LAN ；可提供可編程LED引腳，用于顯示網絡狀態，支持可變I/O工作電壓和可編程的電流驅動能力；集成電壓轉換器、25 MHz晶體振蕩電路和上電復位電路；在采用25 MHz晶振時可提供多種時鐘（25 MHz、50 MHz或100 MHz）輸出，也可支持外部時鐘輸入（25 MHz）。

1.2 AX88796C的結構及接口

AX88796C內部組成框圖如圖1所示。

從圖1中可以看出，以太網控制芯片AX88796C除集成了常見的網絡相關組件外，還集成了與處理器連接的總線復用器及與E2PROM連接的E2PROM等接口，總線復用器通過SA0?4、SD0?15、CSn、WRn、RDn、IRQ等端口連接SPI總線及本地局部總線，E2PROM接口通過EEDIO、EECS、EECK等端口與外部E2PROM相連；與網絡相連相關的端口為TPO+、TPO-、TPI+、TPI-等，該端口支持交叉線自動偵測及切換（HP Auto?MDIX）的功能。

圖1 AX88796C內部組成框圖

2 接口電路的設計

AX88796C支持可變I/O工作電壓的SPI或Non?PCI接口，可以靈活選用不同的微處理器進行以太網接口的電路設計。

2.1 采用Non?PCI總線的接口電路

采用Non?PCI總線的以太網接口電路如圖2所示，微處理器與AX88796C采用8位或16位Local Bus或Non?PCI總線連接；而網絡接口一側，AX88796C通過分離阻容電路與網絡變壓器連接，最后通過RJ?45接口連接至以太網。

圖2 采用Non?PCI總線的以太網接口電路

2.2 采用SPI總線的接口電路

采用SPI總線的以太網接口電路如圖3所示，微處理器與AX88796C采用SPI總線連接，AX88796C使用SPI CLK、SSn、MOSI、MISO、IRQ等端口與微處理器連接，其中SPI CLK、MOSI、MISO三個端口復用后結合CSn端口連接串行接口閃存；而網絡接口一側，AX88796C依然通過分離阻容電路與網絡變壓器連接，最后通過RJ?45接口連接至以太網。

2.3 設計中的注意事項

（1）AX88796C內嵌的以太網PHY 可以與 1CT：1CT匝數比的網絡變壓器配合，如帛漢LU1S041X LF （匝數比1CT：1CT，雙絞線交叉自適應）工業級網絡變壓器。

圖3 采用SPI總線的以太網接口電路

（2）AX88796C支持16 b的E2PROM，可選用93C56/93C66，同時AX88796C支持多種電壓（3.3 V/2.5 V/1.8 V）IO，在使用E2PROM時需要合理選擇。

（3）AX88796C外接晶體后其振蕩頻率要求滿足25 MHz+50 ppm，若超出該范圍，可通過微調晶體旁的電容值進行修正。

（4）在使用AX88796C進行嵌入式以太網接口電路時，其PCB電路板至少要采用4層板設計，這樣做可以有效地降低潛在的EMI電磁干擾[7]。

3 結 語

本文以以太網控制芯片AX88796C為核心，提出一種以太網接口電路的設計方案，通過靈活的總線連接方式可兼容多種的微處理器，相對于AX88796L[8]、AX88796[9]及AX88796B[10]具有低功耗等特性，可廣泛應用于網絡家電、大樓/家庭自動化、工業控制、安防系統、遠程監控管理等領域，如POS終端機、RFID讀卡器、多功能打印機、網絡攝影機、IP語音、IP機上盒、數字錄放機、DVD錄放機、數字媒體轉接器及IP電視。

參考文獻

[1] 衛建華，宋鵬.低功耗的USB/以太網轉換器設計[J].物聯網技術，2011，1（1）：76?78.

[2] 李莉，趙小樸.AX88180在嵌入式系統中的應用[J].國外電子元器件，2007（4）：50?52.

[3] 孫建民.USB 3.0/千兆以太網轉換器的設計[J].物聯網技術，2012，2（8）：57?62.

[4] 熊茂華.基于AX88796的嵌入式網絡設備驅動程序設計[J].自動化儀表，2008（3）：29?34.

[5] 陳波，陸必應，周智敏.多通道高速數據采集處理系統設計與實現[J].現代雷達，2010（5）：44?47.

[6] 趙欣，時向泉，吳純青.支持TCP/IP卸載引擎的協議棧的設計與實現[J].微電子學與計算機，2006（S1）：132?134.

[7] 成志東.高速數字系統印刷電路板電磁兼容設計[J].長江大學學報：自然科學版（理工卷），2009（4）：275?277.

[8] 盧健.AX88796L實現TS201S的網絡互聯[J].可編程控制器與工廠自動化，2011（4）：82?84.

[9] 楊震斌.基于AX88796的以太網接口的設計與實現[J].微計算機信息，2007（14）：49?50.

[10] 田劍峰.基于AX88796B的網絡接口設計與實現[J].現代電子技術，2010，33（12）：208?210.

作者簡介：石俊嶺 男，1979年出生，內蒙古鄂爾多斯人，同濟大學在職研究生學歷，任職于中國聯合網絡通信有限公司鄂爾多斯市分公司，電信交換工程師。研究方向為通信設備應用發展前景。