当前,图传上使用以太网接口已经很普遍了。殊不知,开源飞控也进化到使用以太网接口了。比如CUAV推出的pixhawk V6X飞控:
pixhawk V6X新增以太网通信有什么作用?
一、MCU和PHY芯片连接
终端设备需要联网,仅MCU集成以太网控制器还不能联网,在应用时需搭配外部的以太网PHY芯片。下面以瑞萨高性能32位RX72M系列为例,讲述一下MCU和PHY芯片连接时的注意事项。
1.所需引脚定义
首先,RX72M和PHY芯片整体的连接关系如下图所示:
图1 RX72M和PHY-LSI连接示例
由于RX72M具备两个ESC端口,因此需要连接两颗PHY芯片。对于每个PHY芯片,和RX72M连接时用到的引脚如下:
图2 每个PHY芯片和RX72M引脚的连接
注:*的值为0或1。
两个PHY芯片共同连接到RX72M的引脚如下:
图3 两个PHY芯片和RX72M连接时共用的引脚
注:MDIO引脚需增加4.7K上拉电阻。
2.PHY接口模式选择
每个PHY芯片的Power on strapping要求不尽相同,RX72M ESC仅支持MII模式,引脚配置请参考MII对应的要求(下表中黄色高亮的部分):
图4 PHY芯片Power on strapping - Mode Config
3.PHY地址配置
对于MCU和PHY芯片通信来说,PHY芯片地址非常重要。由于RX72M具备两个ESC端口,因此需要通过地址对两颗PHY芯片进行区分。此情况下,00b地址不可用。从下表中的3种可选项中选取任意两个:
图5 PHY芯片Power on strapping – Phy Address
由于需要利用两颗LED分别指示PHY芯片的Link和Activity状态,将Pin 10 RXD1设定为LED Mode,如下图所示:
图6 PHY芯片Power on strapping – Wake On LAN Selection
4.系统设计流程
1)选取板上两颗PHY芯片的Phy Address,由此决定LED/PHYADD0和LED1/PHYADD1的初始电平。
2)依据Phy Address决定LED的有效驱动电平,设计RJ45接口电路。下图是RJ45的参考设计,保留了充分的冗余设计,可适配不同Phy Address选项。
图7 RJ45部分参考设计
3)以LED0(Green)表示Link Status,LED1(Yellow)表示Activity Status为例,不同的Phy Address选项下,对应了不同的电阻配置,参考下表中的说明调整RJ45中电阻的焊接/不焊接配置。
图8 Phy Address和电阻设定对照表
4)对照硬件设计,需要在RX72M Project的Smart Configurator中进行Phy Address和Link Signal Polarity设定,下图Phy Address分别为2和3。
图9 PHY Address和Link Signal Polarity设定方式
5.软件引脚初始化
需要在RX72M代码(r_ecat_setting_rx72m.c中函数esc_init())中增加对PHY芯片初始化的配置,使得PHY芯片按照设定的模式工作。
二、网络变压器的驱动方式
网络变压器又称“数据汞”,或网络绝缘变压器;通常有两种驱动方式:电流驱动和电压驱动。
1.电流驱动方式
这是一个较早的驱动方式,仅适用于10M和100M网络。当电流驱动方式连接到网络变压器时,网络变压器中间插头必须连接到应变电压(产生偏置和电流)。上拉电压由PHY芯片决定(具体需阅读PHY芯片的数据手册),一般有1.8V和2.5V。
等效电路图如下:
2.电压驱动方式
目前常用的控制方法,不仅可以应用于10M和100M网络,还可以应用于千兆网络。当电压驱动方式连接到网络变压器时,网络变压器的中心引脚不需要连接到电压,可以直接通过电容连接到地。
等效电路如下:
三、网络变压器的主要作用
在以太网接口中,网络变压器的主要作用是:
四、以太网接口为什么需要网络变压器?
网络变压器理论上不起作用,但不使用的话,风险太大。网络变压器的优点如下:
1.增加传输距离。PHY芯片驱动器的功率有限,当网络线长时,信号到达接收端,可能会衰减到不能工作;但在添加网络变压器后,驱动能力显著提高。
2.减少干扰。网络变压器相当于将PHY与网络线路隔离。
3.改进PHY芯片的接收和传输终端的兼容性。如果PHY接收器使用3.3V,而PHY发射机使用5V,则两者之间的电平信号在没有网络变压器的情况下不兼容。网络变压器可以确保信号正常传输,而不考虑接收和传输时使用的电压。
可以看到,共模电感位于不同的位置:电缆端部和PHY端部。
注意:1)PHY侧比电缆侧更贵,可能是因为不常用。2)电流型的PHY不建议使用在PHY末端的网络变压器,这可能导致网络关闭。电压型的PHY没有关系。
五、利用RJ45接口来实现RS-485标准的串行通信
RJ45提供了紧凑且标准化的插口设计,适合于需要高密度布线的应用场合。通过适当的接线配置,RJ45可以很好地支持RS-485协议下的数据传输需求。
RS-485是一种差分信号传输标准,允许长距离、多点间的高效可靠通信。在实际应用中,一条RS-485总线上最多可挂载数十甚至上百个设备节点,非常适合构建分布式控制系统。
为了使标准RJ45接口能够用于RS-485通信,通常需要使用专门设计的转换器模块。这类转换器不仅实现了物理层面从RJ45到DB9或其他形式RS-485端口的适配,还包含了必要的电气隔离及保护电路,确保了不同系统间的安全稳定互连。此外,部分高级型号可能还包括了信号增强功能,进一步扩展了通信范围。
RJ45-485转换器
常见RJ45针脚定义及其对应关系:
当采用RJ45进行RS-485连线时,需遵循特定的针脚分配规则。一般情况下:针脚1(TX+)与针脚2(TX-)用于发送正负极性信号;针脚3(RX+)及针脚6(RX-)则负责接收相对应的数据流。值得注意的是,虽然这里给出了一种常见的布局方式,但实际项目实施过程中应根据所选用的具体硬件规格书来确定最终方案。