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Automotive Ethernet PHY unterstützt Low-Power-Betrieb

13. Mai 2019, 12:30 Uhr | Von Ross Pimentel

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Zustandswechsel

Dieser Abschnitt widmet sich den spezifischen Ereignissen und Bedingungen, die den PHY beim Betrieb mit der LPSM zu Wechsel des Betriebszustands veranlassen:

Zustandswechsel Nr. 1: Von Stand-by zu Normal. Der PHY wechselt nach Beendigung des POR automatisch in den Normal-Status, wenn er für den autonomen Betrieb konfiguriert ist. Der autonome Betrieb lässt sich mit den in Tabelle 4 aufgelisteten Methoden konfigurieren. Der PHY wechselt in den Normal- bzw. aus dem Stand-by-Modus, wenn eine der in Tabelle 5 ausgeführten Methoden angewandt wird.

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Zustandswechsel Nr. 2: Von Normal zu Stand-by.Der PHY kann nicht direkt aus dem Normal- in den Stand-by-Status wechseln, sondern muss zunächst den Sleep-Request- und den Silent-Status durchlaufen, um in den Stand-by-Status zu gelangen.

Zustandswechsel Nr. 3: Von Normal zu Sleep Request. Der PHY kann mit einer der in Tabelle 6 aufgelisteten Methoden in den Sleep-Request-Status wechseln.

Zustandswechsel Nr. 4: Von Sleep Request zu Normal. Der PHY verlässt den Sleep-Request-Status und wechselt in den Normal-Status, wenn eine der in Tabelle 7 aufgeführten Methoden angewandt wird.

Zustandswechsel Nr. 5: Von Sleep Request zu Stand-by. Der PHY kann nicht direkt aus dem Sleep-Request- in den Stand-by-Status wechseln, sondern muss zunächst den Silent-Status durchlaufen, um in den Stand-by-Status zu gelangen.

Zustandswechsel Nr. 6: Von Sleep Request zu Silent. Der PHY verlässt den Sleep-Request-Status und wechselt in den Silent-Status, sobald eine der in Tabelle 8 aufgeführten Methoden angewandt wird.

Zustandswechsel Nr. 7: Von Silent zu Stand-by. Der PHY verlässt den Silent-Status und wechselt in den Stand-by-Status, wenn eine der in Tabelle 9 genannten Bedingungen erfüllt ist.

Zustandswechsel Nr. 8: Von Silent zu Sleep. Der PHY verlässt den Silent-Status und geht in den Sleep-Status über, wenn silent_timer abläuft und keine Aktivität am Sender oder Empfänger detektiert wird.

Hardware-Einstellungen

Um die Nutzung der LPSM freizugeben, sind die folgenden Hardware-Einstellungen erforderlich:

Der WAKE-Pin eines Master-PHY darf nicht mit UDD verbunden, sondern muss aktiv angesteuert werden. Wird WAKE an UDD gelegt, ohne dass die Möglichkeit besteht, diesen Pin auf LOW zu ziehen, kann der PHY niemals in den Sleep-Modus wechseln.
Der WAKE-Pin eines Slave-PHY ist ein Don’t-Care.

Ablauf des LPS-Austauschs zwischen Master und Slave

Bild 2 veranschaulicht den Austausch zwischen Master und Slave. Der dargestellte Ablauf lässt sich in die folgenden Ereignisse untergliedern:

Master und Slave werden eingeschaltet. POR wird ausgeführt, und beide PHYs sind aktiviert, indem der EN-Pin auf HIGH gezogen wird.
Der Zustand des WAKE-Pins des Masters wird für die Dauer von min_wake_timer umgeschaltet.
Der Master-PHY wird geweckt und beginnt mit dem Senden von SEND_I.

Fall 1: Der Slave detektiert SEND_I des Masters.
    – Das interne Energy-Detect-Signal (ED)
      des Slaves wird HIGH.
    – Der Slave wechselt in den Normal-Status
Fall 2: Der Master empfängt einen Sleep-Request-Befehl vom MDI oder vom SMI.
Der Master wechselt in Sleep-Request-Status und sendet LPS-Codegruppen.
Fall 3: Der Slave empfängt LPS-Codegruppen.
– Der Slave wechselt in den Sleep-Request-Status.
– Der Slave sendet LPS-Codegruppen.
Fall 4: Der Master empfängt die LPS-Codegruppen vom Slave.
Der sleep_rqst_timer des Masters läuft ab.
– Der Master wechselt in den Silent-Status.
– Der Sender des Masters wechselt in den TX-Modus = SEND_Z.
Fall 5: Der Slave detektiert am MDI keine Energie mehr.
– Das ED-Signal des Slaves wird LOW.
Der sleep_rqst_timer des Slaves läuft ab.
– Der Slave wechselt in den Silent-Status.
– Der Sender des Slaves wechselt in den
TX-Modus = SEND_Z.
Fall 6: Der Master detektiert am MDI keine Energie mehr.
– Das ED-Signal des Masters wird LOW.
Der silent_timer von Master und Slave läuft ab.
– Master und Slave befinden sich jetzt
im Sleep-Status.
– 2. Die INH-Pins beider Bausteine
werden auf HIGH gesetzt.

LPSM-PHY-Implementierung
Dieser Abschnitt beleuchtet die Implementierung eines DP83TC811 für Anwendungen, die die LPSM nutzen.

Allgemeine Beschreibung

Bei der Nutzung der LPSM müssen eine Reihe kritischer Signale zum Einsatz kommen, um einen reibungslosen Wechsel zwischen den verschiedenen Betriebsarten zu ermöglichen.

Die in Bild 3 gezeigte Implementierung bezieht sich auf den Master- und den Slave-PHY, sofern keine Notwendigkeit besteht, den WAKE-Anschluss des Slaves zu beschalten, weil dieser ein „Don’t-Care“ ist. Während des Betriebs werden über eine xMII-Verbindung Daten zwischen dem MAC/SMI und dem DP83TC811 des Host-Controllers ausgetauscht.

Der INH-Pin des DP83TC811 wird mit dem DISABLE-Pin des Abwärtsreglers verbunden. Parallel zum Abwärtsregler liegt ein stets aktiver µW-LDO. Um einen etwaigen Stromfluss in den Abwärtswandler hinein zu unterbinden, kommt eine Schottky-Diode zum Einsatz, und der µW-LDO wird auf eine geringfügig niedrigere Spannung eingestellt als der Abwärtsregler. Diese Implementierung setzt voraus, dass der µW-LDO als offener Stromkreis erscheint, wenn an ihn ein Rückstrom gerichtet wird.

Sobald der DP83TC811 in den Sleep-Status wechselt, wird INH auf HIGH gesetzt, was den Abwärtsregler deaktiviert. Wenn nun die Spannung auf der Leitung zurückgeht, wird sie vom µW-LDO geregelt, sodass eine ununterbrochene Versorgung des DP83TC811 sichergestellt ist.

Sobald der PHY aufwacht, wird INH zurückgenommen und nimmt LOW-Status an, was den Abwärtswandler wieder aktiviert. Wenn sich der Abwärtswandler wieder stabilisiert hat und die Leitung wieder versorgt, deaktiviert sich der µW-LDO erneut, weil seine Ausgangsspannung niedriger ist als die des Abwärtsreglers.

Schaltungsbeispiel

In Bild 4 ist ein etwas detaillierteres Beispiel dafür zu sehen, wie sich zwei parallele LDOs beim Einsatz der LPSM für den DP83TC811-Q1 nutzen lassen. Darin ist eine weitere Option für die primäre Spannungsquelle, den rauscharmen LDO des Typs TL1963A-Q1, dargestellt. Die Ausgänge beider LDOs können mit Versorgungsanschlüssen des DP83TC811-Q1 verbunden werden (in diesem Fall UDDA und UDDIO). Die Schottky-Diode ist zwar in diesem Schaltplan nicht eingezeichnet, muss aber eingebaut werden, wenn der primäre LDO oder die primäre Spannungsquelle das erfordern.

Der NH-Pin des DP83TC811-Q1 ist mit einem externen Schalter verbunden, der den SHDN_N-Pin des TL1963A auf LOW zieht, wenn der DP83TC811-Q1 in den Sleep-Status wechselt. Der TL1963A wird dadurch deaktiviert, aber da der TPS71530 stets eingeschaltet ist, bleibt der DP83TC811-Q1 im Sleep-Zustand und wird nicht vollständig abgeschaltet.