TUSB2E221 USB 2.0-eUSB2 雙路中繼器：設(shè)計與應(yīng)用全解析

在電子設(shè)備飛速發(fā)展的今天，USB接口的應(yīng)用無處不在。TUSB2E221作為一款雙路eUSB2轉(zhuǎn)USB 2.0中繼器，在眾多電子設(shè)備中發(fā)揮著重要作用。本文將深入探討TUSB2E221的特性、應(yīng)用、規(guī)格以及詳細(xì)設(shè)計等方面，為電子工程師們提供全面的參考。

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一、TUSB2E221特性亮點(diǎn)

1. 標(biāo)準(zhǔn)兼容性

TUSB2E221符合USB 2.0和eUSB2標(biāo)準(zhǔn)（修訂版1.2），支持低速（LS）、全速（FS）、高速（HS）三種傳輸速率，能夠滿足不同設(shè)備的需求。其20ps卓越高速總抖動表現(xiàn)，為數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性提供了有力保障。

2. 雙路獨(dú)立設(shè)計

該中繼器采用雙路獨(dú)立設(shè)計，每個中繼器可獨(dú)立配置為主機(jī)或設(shè)備中繼器（DRD中繼器），具有較高的靈活性。同時，2:2交叉開關(guān)多路復(fù)用器（僅限D(zhuǎn)SBGA封裝）進(jìn)一步提升了設(shè)計的靈活性，可將兩個eUSB2端口中的任何一個映射到兩個USB 2.0端口。

3. 電壓選擇與補(bǔ)償

使用VIOSEL引腳可在1.2V和1.8V控制或I2C電平之間進(jìn)行選擇，方便不同系統(tǒng)的設(shè)計。此外，它還提供了四個eUSB2布線損耗補(bǔ)償級別（2.5、5、7.5和10英寸），適用于不同產(chǎn)品外形尺寸。

4. 低功耗與多種模式支持

支持自動恢復(fù)ECR以及L2中斷恢復(fù)模式，有助于降低功耗。同時，支持CTA - 936 USB Carkit UART、可選BC1.2 CDP電池充電和檢測，EQ引腳的可選GPIO模式可用于調(diào)試和I2C ? GPIO（通過EQ0/1），I2C可訪問調(diào)試功能適用于制造測試。

二、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

TUSB2E221的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，涵蓋了通信設(shè)備、企業(yè)系統(tǒng)、筆記本電腦和臺式機(jī)、工業(yè)設(shè)備、平板電腦以及便攜式電子產(chǎn)品等。在這些設(shè)備中，它能夠?qū)崿F(xiàn)eUSB2與USB 2.0之間的信號轉(zhuǎn)換和中繼，確保數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸。

三、規(guī)格參數(shù)詳解

1. 絕對最大額定值與ESD等級

在使用TUSB2E221時，需要注意其絕對最大額定值。例如，電源電壓范圍、模擬電源電壓范圍、各引腳的電壓范圍以及結(jié)溫、貯存溫度等都有明確的限制。超出這些范圍運(yùn)行可能會對器件造成永久損壞。同時，其ESD等級為人體放電模型（HBM）+1500V，充電器件模型（CDM）±500V，在使用過程中需要采取適當(dāng)?shù)撵o電防護(hù)措施。

2. 建議運(yùn)行條件

為了確保器件的正常運(yùn)行，建議在自然通風(fēng)條件下的工作溫度范圍內(nèi)使用。具體的電源電壓、模擬電源電壓、各引腳的電壓等都有標(biāo)稱值和最大最小值的要求。例如，VDD3V3的建議運(yùn)行范圍為3.0 - 3.6V，VDD1V8的建議運(yùn)行范圍為1.62 - 1.98V。

3. 電氣特性與開關(guān)特性

TUSB2E221的電氣特性包括功耗、數(shù)字輸入輸出電壓、電流等參數(shù)。在不同的工作模式下，其功耗表現(xiàn)也有所不同。例如，在絕對最壞情況下，一個中繼器（僅限VDD1V8）的功耗最大為275mW，兩個中繼器（僅限VDD1V8）的功耗最大為550mW。開關(guān)特性方面，涉及到各引腳的上升時間、下降時間等參數(shù)，這些參數(shù)對于信號的傳輸質(zhì)量至關(guān)重要。

4. 時序要求

在設(shè)計過程中，還需要滿足VO時序、復(fù)位時序、中繼器時序、I2C時序等要求。例如，INT事件的最小GPIO脈沖寬度為8μs，VDD1V8達(dá)到最小值1.62V的斜坡時間最大為2ms等。

四、詳細(xì)設(shè)計要點(diǎn)

1. 功能概述與方框圖

TUSB2E221位于SoC（具有一個或兩個eUSB2端口）和外部連接器（支持USB 2.0）之間，可將每個中繼器獨(dú)立配置為主機(jī)或設(shè)備中繼器。通過功能方框圖可以清晰地了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和信號傳輸路徑。

2. 器件功能模式

• 中繼器模式：在RESETB置為無效且經(jīng)過t_RH_READY時間后，TUSB2E221會啟用并進(jìn)入默認(rèn)狀態(tài)，準(zhǔn)備好接受eUSB2數(shù)據(jù)包。不同數(shù)量的eUSB2中繼器在HS和FS下支持的集線器數(shù)量有所不同。
• 斷電模式：RESETB置為低電平時，可將TUSB2E221置于超低功耗模式。
• UART模式：在I2C模式下，GPIO0默認(rèn)作為Carkit UART模式的使能控制。當(dāng)GPIO0為低電平時，UART模式允許通過USB端口訪問APU或SoC調(diào)試接口。
• 自動恢復(fù)ECR和L2狀態(tài)中斷模式：自動恢復(fù)ECR模式可為主機(jī)控制器提供額外的時間來退出低功耗狀態(tài)。L2狀態(tài)中斷模式可防止在eDSP斷電時在eUSB2上發(fā)出信號。
• 連接檢測中斷模式：當(dāng)啟用連接事件檢測時，TUSB2E221會發(fā)出中斷事件而不是向eUSB2發(fā)出連接信令號。
• GPIO模式：EQ0、EQ1和EQ2/INT引腳可配置為GPIO模式，用于控制和檢測各種事件。
• USB 2.0高速主機(jī)斷開檢測：可以調(diào)整高速主機(jī)斷開閾值以提供更大的裕度，避免錯誤斷開以及檢測斷開失敗。
• 基于幀的低功耗模式：TUSB2E221能夠監(jiān)測每個高速微幀內(nèi)的空閑狀況，如果總線空閑時間超過7.8125μs，會進(jìn)入低功耗狀態(tài)。

3. 編程與寄存器映射

TUSB2E221支持I2C目標(biāo)接口和寄存器訪問協(xié)議（RAP）。通過I2C可以訪問內(nèi)部寄存器，配置各種PHY參數(shù)、控制GPIO引腳以及啟用USB - BC功能。寄存器映射詳細(xì)列出了各個寄存器的偏移地址、首字母縮寫詞、寄存器名稱以及訪問類型等信息，工程師可以根據(jù)需要進(jìn)行配置。

五、應(yīng)用和實施建議

1. 典型應(yīng)用設(shè)計

在典型的雙端口系統(tǒng)應(yīng)用中，TUSB2E221支持eUSB2規(guī)格，eUSB2 SoC必須符合eUSB2規(guī)格的要求。在設(shè)計過程中，需要確保所選的損耗補(bǔ)償設(shè)置與系統(tǒng)損耗曲線相匹配，以優(yōu)化抖動性能。例如，根據(jù)不同的eUSB長度，建議使用不同的eUSB PHY寄存器設(shè)置。

2. 電源相關(guān)建議

RESETB引腳是低電平有效復(fù)位引腳，也可用作斷電引腳。TUSB2E221在VDD3V3和VDD1V8之間沒有電源序列要求，但需要確保達(dá)到最低電源電壓的最大VDD3V3和VDD1V8斜坡時間為2ms。

3. 布局指南

在PCB布局方面，需要遵循一些原則。例如，將電源旁路電容器盡可能靠近VDD1V8和VDD3V3引腳放置，減少高速USB信號的過孔和拐角，避免USB跡線靠近干擾源等。合理的布局可以減少信號反射、阻抗變化和干擾，提高信號傳輸質(zhì)量。

六、器件和文檔支持

TI提供了豐富的文檔支持，包括相關(guān)文檔、接收文檔更新通知、支持資源等。工程師可以通過TI E2E?中文支持論壇獲得快速、經(jīng)過驗證的解答和設(shè)計幫助。同時，需要注意靜電放電對器件的影響，采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施處理集成電路。

TUSB2E221作為一款功能強(qiáng)大的USB中繼器，在電子設(shè)備的設(shè)計中具有重要的應(yīng)用價值。電子工程師們在使用過程中，需要深入了解其特性、規(guī)格、設(shè)計要點(diǎn)和應(yīng)用建議，以確保設(shè)計的可靠性和穩(wěn)定性。希望本文能夠為工程師們提供有益的參考，在實際設(shè)計中發(fā)揮更大的作用。你在使用TUSB2E221的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。