探索AP53781：高度集成的USB PD DRP控制器

在電子設(shè)備飛速發(fā)展的今天，USB Type - C接口憑借其強(qiáng)大的功能和便捷性，成為了各類設(shè)備的標(biāo)配。而在USB Type - C的應(yīng)用中，電源管理和協(xié)議控制至關(guān)重要。今天，我們就來深入了解一款高度集成的USB PD3.1 DRP控制器——AP53781。

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一、AP53781簡介

AP53781是一款高度集成的USB Type - C PD3.2 Dual - Role Power（DRP）控制器，它支持Extended Power Range（EPR）/ Adjustable Voltage Supply（AVS）高達(dá)28V，以及Standard Power Range（SPR）高達(dá)21V。該芯片可作為電源消費(fèi)者從PD3.1兼容適配器請求電力，也能作為電源提供者為配備Type - C連接器的設(shè)備供電。在掉電模式下，其功耗低至50μA，并且可以在無MCU的系統(tǒng)中運(yùn)行。

二、特性亮點

（一）廣泛的功率范圍支持

支持EPR/AVS到28V（100mV/Step）以及SPR到21V，能夠滿足不同設(shè)備對功率的需求，無論是低功率的無線音箱，還是高功率的電動工具，都能輕松應(yīng)對。

（二）低功耗設(shè)計

掉電模式下功耗低至50μA，有助于延長設(shè)備的續(xù)航時間，特別是對于移動電源和便攜式設(shè)備來說，這一特性尤為重要。

（三）靈活的功率選擇

作為電源消費(fèi)者，可通過VSEL和ISEL引腳的對應(yīng)電阻值選擇所需的Request Data Object（RDO）；作為電源提供者，可通過PDOSEL引腳的合適電阻從預(yù)設(shè)的8種功率配置文件中選擇Power Data Object（PDO）能力。

（四）豐富的功能集成

集成了Rp/Rd終端電阻和開關(guān)用于DRP控制，具備QC2.0/3.0功能和死電池模式（Sink角色），在Source角色時還提供用于外部DC/DC控制器的VFB反饋控制。

（五）全面的保護(hù)機(jī)制

提供過壓保護(hù)（OVP）、欠壓保護(hù)（UVP）、過流保護(hù)（OCP）等全面的安全保護(hù)方案，以及CC1/CC2引腳到相鄰高壓引腳高達(dá)34V的短路保護(hù)，確保設(shè)備在各種異常情況下的安全運(yùn)行。

三、典型應(yīng)用電路

AP53781適用于無MCU的系統(tǒng)。上電初始化后，它會周期性地交替Type - C CC1/CC2（CCx）引腳在上拉電阻Rp和下拉電阻Rd之間的連接，以確定扮演的角色。 當(dāng)作為電源消費(fèi)者時，通過VSEL和ISEL引腳的電阻選擇所需的RDO；作為電源提供者時，通過PDOSEL引腳的電阻選擇PDO能力。同時，在Source角色時，內(nèi)置的電流DAC支持為外部DC/DC控制器提供VFB反饋。

四、引腳說明

五、功能概述

（一）Type - C配置通道（CC）邏輯

CC邏輯塊包含所有終端電阻（Rp和Rd）、控制開關(guān)、電纜檢測和連接邏輯。通過CC1和CC2引腳實現(xiàn)連接檢測、插頭方向檢測以及USB Source/Sink角色建立。

（二）DRP操作

插入電纜后，AP53781作為USB PD DRP控制器，以80ms的固定周期交替CCx引腳在Rp和Rd之間的連接。檢測到外部連接Rd時作為電源提供者，檢測到連接Rp時作為電源消費(fèi)者。

（三）USB PD物理層

包括USB Type - C基帶收發(fā)器、物理層邏輯和用于PD消息處理的緩沖區(qū)，采用Bi - phase Mark Coding（BMC）和4b/5b編碼解碼功能進(jìn)行通信。

（四）芯片電源概述

可由VCC1引腳或V5V引腳供電。VBUS啟用后，通過VBUS開關(guān)的體二極管為VCC1供電；VCC1未供電時，可通過V5V引腳提供外部5V電源。

（五）死電池模式

當(dāng)V5V和VCC1引腳都無法提供芯片電源時，AP53781進(jìn)入死電池模式，通過CCx引腳呈現(xiàn)Rd電阻。插入有源Type - C設(shè)備后，可作為Sink設(shè)備啟用5V輸出，為芯片重新供電。

（六）電源保護(hù)

在Source和Sink模式下均支持OVP/UVP/OCP功率保護(hù)功能，通過VG_A引腳驅(qū)動外部低成本高側(cè)nMOS開關(guān)控制VBUS電源的通斷。

（七）VBUS和VOUT放電路徑

支持VBUS和VOUT放電路徑，通過內(nèi)部MOSFET和放電電阻加速功率路徑的電壓下降，滿足USB PD規(guī)范的時序要求。

（八）VBUS電壓調(diào)節(jié)和VFB反饋

包含用于VBUS電壓調(diào)節(jié)的恒壓（CV）環(huán)路，作為Source角色時，通過協(xié)議握手后生成PDO電壓為連接設(shè)備供電。使用電流DAC根據(jù)請求的PDO電壓從外部DC/DC反饋引腳直接吸收或提供相應(yīng)電流。

（九）恒流控制

提供恒流（CC）環(huán)路，通過檢測Rsense電阻上的低側(cè)IR降并轉(zhuǎn)換為電壓，經(jīng)過內(nèi)部數(shù)字濾波器塊調(diào)整IDAC的ID，以實現(xiàn)恒流控制。

（十）ADC轉(zhuǎn)換器

支持內(nèi)部逐次逼近ADC，輸入來自芯片內(nèi)各種電壓和電流源的模擬多路復(fù)用器，輸出可供嵌入式MCU讀取和使用，實現(xiàn)對DRP控制器的精確管理。

（十一）QC Sink支持

不僅在Source側(cè)提供QC功能，在Sink側(cè)也支持QC協(xié)議通信握手，并提供High Voltage Dedicated Charging Port（HVDCP）檢測流程。

（十二）RDO和PDO功率選擇

作為Sink控制器時，通過VSEL和ISEL引腳的電阻選擇RDO；作為Source控制器時，通過PDOSEL引腳的電阻從預(yù)設(shè)的8種功率配置文件中選擇PDO。

（十三）RDO匹配機(jī)制

上電復(fù)位（POR）啟動后，AP53781與外部PD源進(jìn)行PD協(xié)商，先進(jìn)行電壓匹配，再進(jìn)行電流匹配，選擇合適的功率配置文件。

（十四）電壓降補(bǔ)償

作為Sink工作時，如果VBUS比請求電壓低4%，AP53781將在PPS模式下請求電壓增加至請求電壓 + 1.3V。

六、PCB布局指南

為了確保AP53781的穩(wěn)定運(yùn)行和良好的ESD性能，PCB布局時需要注意以下幾點：

1. 將Vcc/V5V去耦電容盡可能靠近引腳放置。
2. 將IC的暴露焊盤連接到地，有助于提高抗噪能力。
3. 電流檢測走線應(yīng)直接從電流檢測電阻的焊盤開始。
4. 使用最短的走線將CC1/CC2引腳連接到USB Type - C插座。

七、訂購信息

AP53781有不同的訂購型號可供選擇，如AP53781DMZ16 - 13 - FA01采用W - QFN3030 - 16（Type A1）封裝，內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)固件。對于無固件或定制選項，請聯(lián)系相關(guān)代表。

八、總結(jié)

AP53781以其高度集成的特性、廣泛的功率范圍支持、豐富的功能和全面的保護(hù)機(jī)制，為USB Type - C設(shè)備的設(shè)計提供了一個強(qiáng)大而可靠的解決方案。無論是在移動電源、電動工具、無線音箱等消費(fèi)電子領(lǐng)域，還是在POS終端、便攜式顯示器等工業(yè)應(yīng)用中，都具有廣闊的應(yīng)用前景。作為電子工程師，在設(shè)計USB Type - C相關(guān)產(chǎn)品時，AP53781值得我們深入研究和應(yīng)用。大家在實際應(yīng)用中是否遇到過類似芯片的挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。