低功耗的USB/以太网转换器设计

引言

随着物联网技术的提出，各种设备通过互联网进行连接的需求日益旺盛，信息共享程度的要求在不断提高，各种家电设备、仪器仪表以及工业生产中的数据采集与控制设备也在逐步地走向网络化，以便利用庞大的网络资源实现分布式远程监控、信息交换与共享，这就要求需要联网的设备具备必要的网络连接接口。但目前的智能设备和仪表大多数不具备网络接口，主要采用的是USB通信方式，这就使得这些设备不具备远程控制和数据传输能力。解决这一问题的最佳方案就是采用USB/以太网转换器,这里采用亚信电子的USB转以太网控制芯片AX88772B来设计USB/以太网转换器，其接口符合USB2.0/1.1规范，并具有芯片体积小、低功耗的特点，尤其适用于手持式移动设备。

1低功耗快速以太网控制器AX88772B

1. 1AX88772B的基本特性

AX88772B是一款高集成度且性能卓越的低功耗USB2.0转10/100M快速以太网控制芯片，可为各类应用增加低成本、小封装、即插即用的快速以太网连网特性。AX88772B提供用于连接USB主机侧并符合USB1.1/2.0规范的USB端口，支持基于IEEE802.3和IEEE802.3u规范的10/100M以太网功能并内置网络封包緩存SRAM,另外集成10/100M以太网PHY,从而简化了系统设计。

AX88772B可配合包含USBHost的微控制器，支持双绞线或通过光纤PECL接口连接外部100BASE-FX光收发模块，提供嵌入式系统以太网连接、网络数据收发及远程控制的能力。

针对各类不同应用,AX88772B提供可选的多功能引脚组A和B(MFAandMFB),用于连接外部PHY和外部MAC。MFA/MFB可以是RMH接口，用于连接外部HomePlug或HomePNAPHY,也可以是Reverse-RMU接口，可MAC-to-MAC无缝连接至任何具备以太网MACRMn接口的微控制器。此外,还可将MFA/MFB设定成通用I/O引脚。

1. 2AX88772B的规格特点

1. (1) 单芯片USB2.0转10/100M快速以太网控制器；

   (2) 单芯片USB2.0转RMH,支持HomePNA和HomePlugPHY；

   (3) 单芯片USB2.0转Reverse-RMU,支持MAC-to-MAC无缝连接；

   (4) 在USB设备的接口方面,AX88772B集成USB2.0收发器及串行接口引擎，符合USB1.1/2.0规范;支持USB全速及高速模式，电源驱动能力支持总线供电模式和自供电模式；支持4〜6个可编程USB总线端点(endpoint);支持自分离省电模式，当侦测到移除网络线时，会主动脱离USB主机;利用独有的突发传输机制，可使USB总线上的封包传输速率达到极致；

   (5) 在快速以太网单芯片方面，AX88772B集成10/100M快速以太网MAC/PHY；兼容IEEE802.31OBase-T/100Base-TX；兼容IEEE802.3lOOBase-FX,支持双绞线交叉检测及自动校正(HPAutoMDIX)；内置RX/TX封包缓冲SRAM；内置IPv4/IPv6封包校验和承载引擎，以减轻CPU负荷，支持IPv4IP/TCP/UDP/ICMP/IGMP,IPv6TCP/UDP/ICMPv6封包校验和的生成和检查，支持全双工IEEE802.3x流量控制及半双工背压流量控制；支持2个VLANID过滤，收到VLANTag(4B)后可以选择剥除或者保留；支持PHY自环诊断；

   (6) 支持网络远程唤醒功能。AX88772B支持休眠模式，通过网络链接状态变动、收到魔术包、收到Microsoft唤醒封包及外部唤醒引脚状态变动等事件进行远程唤醒；支持ProtocolOffloads(ARP&NS),用于Windows7网络电源管理；休眠模式可选择关闭PHY供电；

   (7) 具备通用扩展介质接口。AX88772B可选RMH接口以支持MAC工作模式，用于AX88772B连接外部100Base-FX或HomePNAPHY；可选Reverse-RMII接口以支持PHY工作模式，支持MAC-to-MAC无缝连接；

   (8) 具有先进的电源管理功能；

   (9) 支持动态电源管理以节省在空载或轻负载等状况下的功耗。支持AutoDetach省电模式，即侦测到网线移除时，会主动脱离USB连接；

   (10) 支持等待网络事件唤醒的极低功耗睡眠模式；

   (11)支持256/512B(93c56/93c66)串行E²PROM(用来储存USB设备描述符等配置数据)；

   (12) 内置标识符SRAM(可在线进行USB设备描述符设定)以节省E²PROM的成本；

   (13) 上电启动时，支持自动从E^ZPROM加载以太网物理地址、USB设备描述符和适配器配置信息；

   (14) 芯片内部集成电压转换器，仅要求单3.3V供电；

   (15) 25MHz时钟输入，支持晶体及钟振；

   (16) 内置上电复位电路；

   (17) 小尺寸64引脚LQFP封装并符合RoHS规范。

2 采用AX88772B的USB/以太网转换器设计

2. 1AX88772B组成結构

图1为AX88772B组成框图，该芯片由USB转以太网网桥、电压调节器、晶体振荡器和PLL、SRAM、内存仲裁器、以太网MAC、以太网PHY、通用输入输出等电路及接口组成。

图1  AX88772B组成框图

2. 2AX88772B的应用设计

图2为采用AX88772B设计的USB2.0转以太网适配器(MAC模式)的结构示意图，这里只考虑以太网物理层的连接,AX88772B的一端接USBHost,另外一端与以太网相连,其连接方式可以采用RJ45标准网络接口连接,也可以采用光纤进行连接。

图2  USB2.0转以大网适配器(MAC模式)结构图

图3为采用AX88772B设计的USB/以太网转换器的另外一种电路结构，该电路同时支持内嵌的以太网物理层连接和RM口(仅限于MAC模式)连接方式，两种模式可通过内部的开关进行切换。

图4为釆用AX88772B设计的USB/以太网转换器的第三种电路结构，该电路同时支持内嵌的以太网物理层连接(MAC模式)和ReverseRM卩连接方式(PHY模式)，两种模式可通过内部的开关进行切换，同时需要注意的是ReverseRMU连接方式不需要外接振荡器和缓冲器。

图4 桥接嵌入式MCU与USB2.0Host接口连接图(PHY模式)

图5为USB2.0转HomePlug方式适配器结构图，该电路的模式釆用PHY模式，通过图中的HomePlugPHY与电力线直接相连，实现通过电力线将USB设备连接到网络中。同时需要注意的是该电路中依然采用了ReverseRMfl连接方式，该连接方式也不需要外接振荡器和缓冲器。

3 结语

AX88772B是一款低价、高性能、高集成度、即插即用的USB转以太网控制芯片，采用64引脚小型封装，可大幅减少PCB空间。釆用AX88772B设计的USB/以太网转换器可应用于台式电脑、笔记电脑、UMPC、计算机扩展基座(Cradles/Portrepli-cators/DockingStations)、游戏机、智能家电及任何具备标准USB端口的嵌入式系统。

图5  USB2.0转HomePlugit配器(PHY模式)結构图