dp83848M_ds_v3.book
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2006 National Semiconductor Corporation
www.national.com
DP83848M PHYTER
Mini - Commercial Single 10/100 Ethernet
Transceiver
April 2006
Features
Low-power 3.3V, 0.18
m CMOS technology
3.3V MAC Interface
Auto-MDIX for 10/100 Mb/s
Energy Detection Mode
MII Interface
MII serial management interface (MDC and MDIO)
IEEE 802.3u Auto-Negotiation and Parallel Detection
IEEE 802.3u ENDEC, 10BASE-T transceivers and filters
IEEE 802.3u PCS, 100BASE-TX transceivers and filters
Integrated ANSI X3.263 compliant TP-PMD physical sub-
layer with adaptive equalization and Baseline Wander
compensation
Error-free Operation up to 137 meters
ESD protection - 4KV Human body model
LED support for Link
Supports system clock from oscillator
Single register access for complete PHY status
10/100 Mb/s packet BIST (Built in Self Test)
40 pin LLP package (6mm) x (6mm) x (0.8mm)
General Description
The DP83848M PHYTER Mini addresses the quality, reli-
ability and small form factor required for space sensitive
applications in embedded systems.
The device offers performance far exceeding the IEEE
specifications, with superior interoperability and industry
leading performance beyond 137m of Cat-V cable. The
DP83848M also offers Auto-MDIX to remove cabling com-
plications. DP83848M has superior ESD protection,
greater than 4KV Human Body Model, providing extremely
high reliability and robust operation, ensuring a high level
performance in all applications.
National's DP83848M incorporates a number of system
cost-reducing features not found on other supplier's Physi-
cal layer products. For example, the DP83848M incorpo-
rates a 25MHz clock out that eliminates the need and
hence the space and cost, of an additional Media Access
Control (MAC) clock source component.
The DP83848M is offered in a tiny 6mm x 6mm LLP 40-pin
package and is ideal for industrial controls, building/factory
automation, transportation, test equipment and wireless
base stations.
Applications
Peripheral devices
Mobile devices
Factory and building automation
Base stations
System Diagram
PHYTER
is a registered trademark of National Semiconductor Corporation.
Status
10BASE-T
or
100BASE-TX
MII
Typical Ethernet Application
Magnet
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RJ-45
Clock
LED
DP83848M
10/100 Ethernet
Transceiver
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MPU/CPU
Source
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Auto-Negotiation
State Machine
Clock
RX_DATA
RX_CLK
TX_DATA
TX_CLK
REFERENCE CLOCK
TD
RD
LED
Generation
MII INTERFACE
Figure 1. DP83848M Functional Block Diagram
MII
Registers
Transmit Block
10BASE-T &
100BASE-TX
10BASE-T &
100BASE-TX
Receive Block
Auto-MDIX
DAC
ADC
LED
Driver
MII
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M
Table of Contents
1.0 Pin Descriptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.1 Serial Management Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
1.2 MAC Data Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
1.3 Clock Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10
1.4 LED Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10
1.5 Reset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10
1.6 Strap Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11
1.7 10 Mb/s and 100 Mb/s PMD Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12
1.8 Special Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12
1.9 Power Supply Pins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12
1.10 Package Pin Assignments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13
2.0 Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.1 Auto-Negotiation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14
2.1.1 Auto-Negotiation Pin Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.1.2 Auto-Negotiation Register Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.1.3 Auto-Negotiation Parallel Detection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.1.4 Auto-Negotiation Restart . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.1.5 Enabling Auto-Negotiation via Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.1.6 Auto-Negotiation Complete Time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.2 Auto-MDIX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
2.3 PHY Address . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16
2.3.1 MII Isolate Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.4 LED Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17
2.4.1 LED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.4.2 LED Direct Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.5 Half Duplex vs. Full Duplex . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18
2.6 Internal Loopback . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18
2.7 BIST . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18
3.0 Functional Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.1 MII Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19
3.1.1 Nibble-wide MII Data Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.1.2 Collision Detect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.1.3 Carrier Sense . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.2 802.3u MII Serial Management Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19
3.2.1 Serial Management Register Access . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.2.2 Serial Management Access Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.2.3 Serial Management Preamble Suppression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
4.0 Architecture. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
4.1 100BASE-TX TRANSMITTER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21
4.1.1 Code-group Encoding and Injection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.1.2 Scrambler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.1.3 NRZ to NRZI Encoder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.1.4 Binary to MLT-3 Convertor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.2 100BASE-TX RECEIVER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23
4.2.1 Analog Front End . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.2.2 Digital Signal Processor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.2.2.1 Digital Adaptive Equalization and Gain Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
4.2.2.2 Base Line Wander Compensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
4.2.3 Signal Detect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
4.2.4 MLT-3 to NRZI Decoder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
4.2.5 NRZI to NRZ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
4.2.6 Serial to Parallel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
4.2.7 Descrambler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
4.2.8 Code-group Alignment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
4.2.9 4B/5B Decoder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
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4.2.10 100BASE-TX Link Integrity Monitor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
4.2.11 Bad SSD Detection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
4.3 10BASE-T TRANSCEIVER MODULE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27
4.3.1 Operational Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
4.3.2 Smart Squelch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
4.3.3 Collision Detection and SQE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
4.3.4 Carrier Sense . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
4.3.5 Normal Link Pulse Detection/Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
4.3.6 Jabber Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4.3.7 Automatic Link Polarity Detection and Correction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4.3.8 Transmit and Receive Filtering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4.3.9 Transmitter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4.3.10 Receiver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
5.0 Design Guidelines. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
5.1 TPI Network Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30
5.2 ESD Protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31
5.3 Clock In (X1) Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31
5.4 Power Feedback Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32
5.5 Power Down . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32
5.6 Energy Detect Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32
6.0 Reset Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
6.1 Hardware Reset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32
6.2 Software Reset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32
7.0 Register Block . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
7.1 Register Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36
7.1.1 Basic Mode Control Register (BMCR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
7.1.2 Basic Mode Status Register (BMSR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
7.1.3 PHY Identifier Register #1 (PHYIDR1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
7.1.4 PHY Identifier Register #2 (PHYIDR2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
7.1.5 Auto-Negotiation Advertisement Register (ANAR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
7.1.6 Auto-Negotiation Link Partner Ability Register (ANLPAR) (BASE Page) . . . . . . . . . . . . . . . . 41
7.1.7 Auto-Negotiation Link Partner Ability Register (ANLPAR) (Next Page) . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
7.1.8 Auto-Negotiate Expansion Register (ANER) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
7.1.9 Auto-Negotiation Next Page Transmit Register (ANNPTR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
7.2 Extended Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45
7.2.1 PHY Status Register (PHYSTS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
7.2.2 False Carrier Sense Counter Register (FCSCR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
7.2.3 Receiver Error Counter Register (RECR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
7.2.4 100 Mb/s PCS Configuration and Status Register (PCSR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
7.2.5 LED Direct Control Register (LEDCR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
7.2.6 PHY Control Register (PHYCR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
7.2.7 10Base-T Status/Control Register (10BTSCR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
7.2.8 CD Test and BIST Extensions Register (CDCTRL1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
7.2.9 Energy Detect Control (EDCR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
8.0 Electrical Specifications. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
8.1 DC Specs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .54
8.2 AC Specs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .56
8.2.1 Power Up Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
8.2.2 Reset Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
8.2.3 MII Serial Management Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
8.2.4 100 Mb/s MII Transmit Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
8.2.5 100 Mb/s MII Receive Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
8.2.6 100BASE-TX Transmit Packet Latency Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
8.2.7 100BASE-TX Transmit Packet Deassertion Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
8.2.8 100BASE-TX Transmit Timing (tR/F & Jitter) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
8.2.9 100BASE-TX Receive Packet Latency Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
8.2.10 100BASE-TX Receive Packet Deassertion Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
8.2.11 10 Mb/s MII Transmit Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
8.2.12 10 Mb/s MII Receive Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
8.2.13 10BASE-T Transmit Timing (Start of Packet) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
5
www.national.com
DP
83
84
8
M
8.2.14 10BASE-T Transmit Timing (End of Packet) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
8.2.15 10BASE-T Receive Timing (Start of Packet) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
8.2.16 10BASE-T Receive Timing (End of Packet) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
8.2.17 10 Mb/s Heartbeat Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
8.2.18 10 Mb/s Jabber Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
8.2.19 10BASE-T Normal Link Pulse Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
8.2.20 Auto-Negotiation Fast Link Pulse (FLP) Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
8.2.21 100BASE-TX Signal Detect Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
8.2.22 100 Mb/s Internal Loopback Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
8.2.23 10 Mb/s Internal Loopback Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
8.2.24 Isolation Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
8.2.25 25 MHz_OUT Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
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