ZHCADA5 October 2023 TXV0106-Q1 , TXV0108-Q1
引言
以太網技術已成為現代通信和連接的支柱。這項技術目前廣泛應用于消費、工業和汽車領域。以太網是一項基帶 LAN 技術，數據傳輸速率高達 1Gbps，因此以太網可滿足高速通信的需求。千兆以太網 MII 接口有多種類型，其中 RGMII 因其引腳數量更少、帶寬更高而被廣泛使用。
為了實現更高速的通信，網絡中的多內核（PHY、MCU）越來越普遍。例如，汽車行業的區域架構趨勢加速了以太網的采用，由此催生出將電子控制單元 (ECU) 和布線一同歸入特定域的新要求，如圖 1 所示。然而，多個電源軌用于 RGMII 通信的電源時序控制是多核應用（例如 MAC 到 PHY、多 PHY 或多 MAC 系統）面臨的關鍵問題之一。
本文討論了用于解決電源時序難題的傳統方法，以及使用 TI 以太網 RGMII 轉換器 TXV0106 和 TXV0108 隔離電源并提高系統級安全性和可靠性的優勢。
圖 1 多 PHY 區域架構RGMII 的電源時序
圖 2 所示為以太網交換機的一個示例，其中多個 MAC 和 PHY 同時進行通信。在這種多核系統中，很難按照特定順序或時序啟動或關閉每個域的電源軌，通常需要額外的監控電路設計。功耗敏感型應用中也存在類似的挑戰，在這些應用中，系統設計人員需要使用負載開關有選擇性地關閉某些內核的電源（當不使用這些內核時）。
在所有這些電源時序事件期間，可在內核塊或多芯片 IO 電源軌未單調上電之前為 IO 電源軌上電。因此，IO 引腳上的電壓可能會超過電源軌電壓并導通內部 ESD 保護二極管，從而在上電期間產生浪涌電流。或者在某些情況下，正向偏置二極管甚至會對電源反向供電，從而導致系統錯誤導通、總線爭用或其他故障。
圖 2 多核 RGMII 通信電源時序解決方案
- 基于開關的解決方案
圖 3 顯示了如何使用信號開關來隔離始終在傳輸和喚醒 PHY 的 MCU。模擬開關通過外部 LDO 的斷電控制信號來隔離 MCU 和 PHY 之間的信號。當 PHY 處于斷電模式時，開關關斷，并關閉信號路徑。這種解決方案可以防止 PHY 在完全喚醒之前看到輸入信號。但由于需要路由多個開關和額外的斷電信號，該方案會導致成本和尺寸增加。此外，考慮到器件之間的差異、電路板布線寄生效應以及與導通開關電阻之間的權衡，很難滿足 RGMII 嚴格的時序要求。
圖 3 基于開關的解決方案基于延遲的解決方案
另一種常見解決方案是在兩個電源之間增加額外延遲，確保在施加 IO 之前始終穩定供電。有多種方法可以實現延遲以減小浪涌電流，例如軟啟動、RC 延遲、邏輯門控制、PMIC 等。圖 4 顯示了一個使用簡單 RC 電路在電源 1 和電源 2 之間產生延遲的示例。
圖 4 基于 RC 延遲的解決方案這種解決方案的缺點之一是，由于分立式 R 和 C 元件的差異較大，延遲精度無法得到保證。另一個缺點是，每次下電上電時，系統都必須承受額外的電流以對電容器進行充電/放電。此外，電源 2 下的所有數據信號都“被迫”遵循相同的 RC 延遲，這在某些情況下是不可接受的。
使用 TXV010x 的電壓轉換解決方案
眾所周知，電壓轉換器用于不同 IO 電壓之間的電平轉換。但在許多情況下，電壓轉換器是一種具有成本效益且可靠的解決方案，可在電源時序控制期間提供電源隔離。例如，TI TXV010x 系列（TXV0106 和 TXV0108）不僅滿足嚴格的 RGMII 2.0 時序規格（即通道間延遲、上升/下降時間和占空比失真），而且通過三種內置功能解決了電源時序難題。
圖 5 電壓轉換選項（TXV 系列）1.IOFF
IOFF 功能（也稱為“局部斷電”或“后驅動保護”）可確保當任一電源（VCCA 或 VCCB）保持在 0V 時，所有 I/O 引腳都會進入高阻抗狀態。即使 I/O 電壓高于電源電壓，該功能也能消除漏電流，并在部分 PHY 或 MAC 進入待機模式時降低系統級靜態電流。這種靜態電流限制還允許在多核以太網系統中插入或移除 PHY，而不會中斷主機內核。
2.VCC 斷開
VCC 斷開功能可進一步改善系統穩健性。它確保任何電源在斜升到高電平后出現懸空時，器件會將其接地并使輸出達到高阻態。該功能可保護系統免受因電源懸空而導致電流不受控制的影響。
3.無干擾上電/下電
干擾抑制功能可在 IO 單元完全激活之前消除上電和下電 IO 干擾。TXV010x 系列具有由上電復位 (POR) 塊控制的干擾抑制電路和 IO 高阻態電路。該功能可保持 IO 端口處于高阻抗狀態，直到兩個電源都達到運行所需的特定閾值。POR 設計具有內置遲滯，可避免慢速斜坡期間出現振蕩，從而進一步提高各種電源時序事件的可靠性。針對系統中通常會出現的各種上電和下電場景，TXV010x 系列進行了廣泛的電源時序測試，可實現可靠運行。