DP83822I工业以太网PHY自协商功能与其Strap电阻配置

品慧电子讯在工厂自动化应用中，由于现场设备节点数量与日俱增，同时对于自动化设备加工精度与实时性要求越来越高，传统的串行工业总线已经无法满足生产线同步性与大规模数据传输的要求。以太网逐渐成为主流，基于以太网全球主流OEM开发确定性网络工业以太网协议包括Profinet, Ethercat, Powerlink等。这些协议都需要以太网作为传输介质，以太网PHY主要负责。目前工业以太网总线速率以10/100M速率为主，下一代工业总线技术将会基于TSN（时间敏感网络）与速率1000M及以上的以太网协议。

在进行以太网口功能调试过程中，最常见的问题是两个端口之前无法正确建立物理层链接。所以本文档的内容基于TI以太网PHY产品DP83822，介绍以太网网口自协商（Auto-Negotiation）功能现象，正确的测试波形与Strap电阻设置。

1. 介绍

OSI模型定义了7层网络模型，以太网MAC层对应OSI模型中的第二层-数据链路层，以太网PHY对应OSI模型中的第一层-物理层。对于以太网而言，物理层的主要功能是将在网线或者光纤中传输的原始数据（电压，电流等）转化为可被接收且符合协议的数字信号，其为数据链路层提供物理连接。物理层主要规定了信号电压，频率，引脚功能，阻抗等。作为网络通讯的基础，只有在物理层成功建立链接后，通信数据才能在端口之间进行传输。以太网PHY承担了物理层链接的所有工作，只有PHY工作在正确配置下，通信链路才能正常工作。下面会以10M/100M以太网PHY为例，说明物理层链接建立方式 – 自动协商及如何检通过检测TRX_P/N管脚波形判断DP83822是否正确开启该功能。

2. DP83822自动协商（Auto-Negotiation）功能

根据IEEE802.3，自动协商模式功能是以太网端口根据另一个端口的设备链接速度，双工模式，自动把本端口的速度和工作模式调节到两个端口可以支持的最高水平。自协商协议的主要内容包括：双工模式，运行速率等。自动协商功能完全由物理层PHY芯片实现，无需额外数据包和高层协议开销。根据广播通信速率10M或者100M的不同，自动协商功能提供两种模式NLP（Figure 6）和FLP（Figure 2）。

DP83822I（工业版本）支持10M – 10Base- TE模式和100M – 100Bast – TX模式

10Base-TE自动协商模式（10M）

使用单独10Base-TE广播自动协商模式时， PHY芯片会通过Figure 1中TXD_P, TXD_N和RXD_P，RXD_N发送NLP（Normal Link Pulse）普通链路脉冲，每个脉冲间隔16ms。为了同时兼容T568A直连网线和T568B交叉网线，所以在收发端同时广播NLP，根据对方对口的监听情况判断是否使用自动交叉线切换功能（Auto-MDIX）。

100Base-TX自动协商模式（100M）

使用100Bast-TX自动协商模式时， PHY芯片会通过Figure 1中TXD_P, TXD_N和RXD_P，RXD_N发送FLP（Fast Link Pulse）快速链路脉冲。由于100Base-TX自动协商模式由100Base-T向10Base-T兼容，如果对方端口只能支持10M以太网，则两侧都会判定为10Base-T。为了同时兼容T568A直连网线和T568B交叉网线，所以在收发端同时广播FLP，根据对方对口的监听情况判断是否使用自动交叉线切换功能（Auto-MDIX）。