dp83848T_ds_v5.book
DP83848T
PHYTER
M
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E
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hern
et Transceiver
2006 National Semiconductor Corporation
www.national.com
DP83848T PHYTER
Mini - Industrial Single 10/100 Ethernet
Transceiver
April 2006
System Diagram
PHYTER
is a registered trademark of National Semiconductor Corporation.
Status
10BASE-T
or
100BASE-TX
MII
Typical Ethernet Application
Magn
eti
c
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RJ
-
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Clock
LED
DP83848T
10/100 Ethernet
Transceiver
M
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C
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n
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rol
l
er
MPU/CPU
Source
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 su-
blayer 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 DP83848T PHYTER Mini addresses the quality, reli-
ability and small form factor required for space sensitive
applications in embedded systems operating in the
industrial temperature range.
The device offers performance far exceeding the IEEE
specifications, with superior interoperability and industry
leading performance beyond 137m of Cat-V cable. The
DP83848T also offers Auto-MDIX to remove cabling
complications. DP83848T 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 DP83848T incorporates a number of system
cost-reducing features not found on other supplier's
Physical layer products. For example, the DP83848T
incorporates 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 DP83848T is offered in a tiny 6mm x 6mm LLP 40-
pin package and is ideal for industrial controls, build-
ing/factory automation, transportation, test equipment
and wireless base stations.
Applications
Peripheral devices
Mobile devices
Factory and building automation
Base stations
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SERIAL
MANAGEMENT
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RX
_CLK
Auto-Negotiation
State Machine
Clock
RX_DATA
RX_CLK
TX_DATA
TX_CLK
REFERENCE CLOCK
TD
RD
LED
Generation
MII INTERFACE
Figure 1. DP83848T Functional Block Diagram
MII
Registers
Transmit
Block
10BASE-T &
100BASE-TX
10BASE-T &
100BASE-TX
Receive
Block
Auto-MDIX
DAC
ADC
LED
Driver
MII
3
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DP
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8
T
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 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11
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
4
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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) . . . . . . . . . . . . . . . . 42
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) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
7.2.5 LED Direct Control Register (LEDCR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
7.2.6 PHY Control Register (PHYCR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
7.2.7 10Base-T Status/Control Register (10BTSCR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
7.2.8 CD Test and BIST Extensions Register (CDCTRL1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
7.2.9 Energy Detect Control (EDCR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
8.0 Electrical Specifications. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
8.1 DC Specs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .55
8.2 AC Specs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .57
8.2.1 Power Up Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
8.2.2 Reset Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
8.2.3 MII Serial Management Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
8.2.4 100 Mb/s MII Transmit Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
8.2.5 100 Mb/s MII Receive Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
8.2.6 100BASE-TX Transmit Packet Latency Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
8.2.7 100BASE-TX Transmit Packet Deassertion Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
8.2.8 100BASE-TX Transmit Timing (tR/F & Jitter) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
8.2.9 100BASE-TX Receive Packet Latency Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
8.2.10 100BASE-TX Receive Packet Deassertion Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
8.2.11 10 Mb/s MII Transmit Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
8.2.12 10 Mb/s MII Receive Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
8.2.13 10BASE-T Transmit Timing (Start of Packet) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
5
www.national.com
DP
83
84
8
T
8.2.14 10BASE-T Transmit Timing (End of Packet) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
8.2.15 10BASE-T Receive Timing (Start of Packet) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
8.2.16 10BASE-T Receive Timing (End of Packet) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
8.2.17 10 Mb/s Heartbeat Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
8.2.18 10 Mb/s Jabber Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
8.2.19 10BASE-T Normal Link Pulse Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
8.2.20 Auto-Negotiation Fast Link Pulse (FLP) Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
8.2.21 100BASE-TX Signal Detect Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
8.2.22 100 Mb/s Internal Loopback Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
8.2.23 10 Mb/s Internal Loopback Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
8.2.24 Isolation Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
8.2.25 25 MHz_OUT Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
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