TUSB213-Q1 USB 2.0高速信號調節(jié)器：設計與應用詳解

在當今的電子設備中，USB接口的應用極為廣泛，而高速穩(wěn)定的信號傳輸則是保證設備性能的關鍵。TUSB213-Q1作為一款專門為補償USB高速信號損失而設計的信號調節(jié)器，在汽車及眾多電子設備中發(fā)揮著重要作用。下面就為大家詳細介紹TUSB213-Q1的相關特性、規(guī)格及應用設計。

文件下載：tusb213-q1.pdf

一、TUSB213-Q1特性概述

汽車應用適配性

TUSB213-Q1符合汽車應用要求，通過了AEC-Q100標準測試，器件溫度等級為2級，環(huán)境工作溫度范圍在 -40°C至105°C，能適應較為惡劣的汽車工作環(huán)境。同時，其HBM分類等級為H1C，CDM分類等級為C3，具備良好的靜電防護能力。

信號處理特性

它采用了對USB低速（LS）和全速（FS）信號無感知的設計，正在申請專利。這意味著LS和FS信號特征不受該器件影響，而它會專門對高速（HS）信號進行補償，以保證HS信號的質量。

兼容性與配置靈活性

該器件與USB 2.0、OTG 2.0和BC 1.2兼容，引腳搭接或可通過I2C進行配置，支持LS、FS和HS信號傳輸。借助可編程信號交流升壓和直流升壓，可精調器件性能，優(yōu)化連接器上的高速信號，適用于多種不同應用。

低功耗與擴展性

具有超低USB斷開和關斷功耗，還支持可擴展解決方案，可用于高損耗應用的菊花鏈器件。此外，D1P/M和D2P/M可互換且主機/設備不可知，符合USB On-The-Go (OTG) 和電池充電 (BC) 協(xié)議，支持長達5米的通道前或2米的通道后電纜長度。

二、規(guī)格參數(shù)分析

絕對最大額定值

• 電源電壓范圍（VCC）：-0.3V至6V。
• I/O引腳電壓范圍：-0.3V至3.8V。
• 存儲溫度范圍：-65°C至150°C。

ESD 評級

人體模型（HBM）為 +2000V，帶電設備模型（CDM）為 +500V，表明該器件具有較好的靜電防護能力，但在實際應用中仍需注意靜電放電問題。

推薦工作條件

• 電源電壓（Vcc）：4.4V至5.5V。
• 環(huán)境溫度（TA）：-40°C至105°C。
• 結溫（TJ）：-40°C至125°C。

熱信息

給出了多種熱阻參數(shù)，如結到環(huán)境熱阻（RQJA）為49.1°C/W等，這些參數(shù)對于散熱設計非常重要，工程師在設計時需要根據(jù)實際情況進行合理的散熱布局。

電氣特性

詳細列出了不同工作模式下的電流參數(shù)，如高速活動電流（LACTIVE_HS）典型值為18mA，高速空閑電流（IDLE_HS）典型值為13mA等。同時，還給出了輸入輸出電壓、電流等參數(shù)，這些參數(shù)是電路設計和性能評估的重要依據(jù)。

開關特性

包括DxP/M的比特率、上升時間、下降時間等參數(shù)，以及RSTN信號的最小脈沖寬度和VCC穩(wěn)定時間等，這些參數(shù)對于信號的傳輸和處理速度有重要影響。

三、功能詳細描述

整體概述

TUSB213-Q1旨在補償傳輸通道中的ISI信號損失，其專利設計對LS和FS信號無影響，僅補償HS信號，且與OTG和BC規(guī)范兼容。通過EQ引腳的外部電阻可實現(xiàn)可編程信號交流升壓，DC_BOOST引腳可配置直流升壓，有助于克服電纜損耗。

功能框圖

從功能框圖可以清晰地看到該器件的內部結構和信號處理流程，為工程師理解和設計電路提供了直觀的參考。

特性描述

• EQ引腳：用于配置器件的交流升壓，通過不同的外部下拉電阻值可設置四個級別的交流升壓。
• DC_BOOST引腳：是一個三電平引腳，根據(jù)不同的電平設置可確定器件的直流增益。

設備功能模式

• 低速（LS）模式：自動檢測到LS連接，不啟用信號補償，CD引腳置高。
• 全速（FS）模式：自動檢測到FS連接，不啟用信號補償，CD引腳置高。
• 高速（HS）模式：自動檢測到HS連接，根據(jù)DC_BOOST引腳配置和EQ引腳的外部下拉電阻進行信號補償，CD引腳置高。
• 關機模式：RSTN引腳置低時，器件禁用，USB通道仍可正常工作，但無信號補償，CD引腳無通道狀態(tài)指示。
• I2C模式：支持100 kHz I2C用于設備配置、狀態(tài)回讀和測試，通過I2C讀寫事務可訪問特定寄存器。

四、應用與實現(xiàn)

應用信息

TUSB213-Q1的主要目的是恢復USB高速通道到USB連接器的信號完整性，解決因高損耗PCB走線和電容負載導致的信號質量下降問題，幫助通過USB近端眼圖測試。此外，其CD引腳還可用于控制客戶平臺上的其他模塊。

典型應用

典型應用中，D2P和D2M面向USB連接器，D1P和D1M面向USB主機或集線器，也可根據(jù)需要反轉方向。

設計要求與詳細設計流程

• 設計要求：給出了電源電壓、是否需要IC支持、交流升壓和直流升壓設置等參數(shù)。
• 詳細設計流程：TUSB213-Q1需要有效的復位信號，VREG引腳需要外部電容來穩(wěn)定核心。理想的交流和直流升壓設置取決于目標平臺的信號鏈損耗特性，一般建議從較低的升壓級別開始，逐步調整。為使器件識別升壓設置的變化，需要對RSTN引腳進行切換。同時，要注意DC_BOOST引腳的電壓限制，以及器件的放置位置應根據(jù)應用目標進行合理選擇。

測試程序

分別給出了主機端和設備端應用構建USB高速眼圖的測試程序，這些程序是進行性能測試和驗證的重要步驟，工程師需要嚴格按照程序進行操作，以確保測試結果的準確性。

應用曲線

通過一系列的眼圖可以直觀地看到不同直流升壓和交流升壓設置下的信號質量，為工程師選擇合適的設置提供了參考。

五、電源供應建議

上電時，RSTN引腳和電源斜坡的相互作用可能導致數(shù)字電路設置不正確。為確保數(shù)字電路正確復位，在電源斜坡穩(wěn)定到4.4V或更高之前，不應啟用設備。如果無法通過微控制器或其他電路將RSTN引腳保持低電平，需要在RSTN引腳和GND之間連接外部電容，其RC時間常數(shù)應大于電源斜坡時間的五倍。

六、布局設計

布局指南

為避免信號過孔，建議將高速走線與TUSB213-Q1放置在同一表層。布局應使用阻抗控制走線，以保持整個信號路徑的90Ω差分阻抗，遵循高速信號布線的一般準則。

布局示例

給出了布局示例圖，為工程師進行實際布局提供了參考，但在實際應用中，還需要根據(jù)具體的電路板尺寸、元件分布等因素進行調整。

七、器件和文檔支持

接收文檔更新通知

可導航至TI.com上的器件產品文件夾，點擊右上角的“通知我”進行注冊，每周接收產品信息更改摘要。

社區(qū)資源

TI E2E?在線社區(qū)為工程師提供了協(xié)作交流的平臺，可在e2e.ti.com中咨詢問題、分享知識。同時，TI參考設計支持可幫助查找相關的論壇、工具和技術支持信息。

靜電放電警告

ESD可能會損壞集成電路，建議采取適當?shù)念A防措施處理所有集成電路，避免因靜電放電導致器件性能下降或損壞。

八、機械、封裝和可訂購信息

詳細介紹了器件的封裝信息，如VQFN封裝的尺寸、引腳數(shù)量等。同時，給出了可訂購的產品型號、狀態(tài)、包裝數(shù)量、載體、RoHS合規(guī)性等信息，方便工程師進行采購和選型。

TUSB213-Q1是一款功能強大的USB高速信號調節(jié)器，在汽車和電子設備領域具有廣泛的應用前景。工程師在設計過程中，需要充分了解其特性、規(guī)格和應用要求，合理進行電路設計、布局和散熱設計，以確保設備的性能和可靠性。大家在實際應用中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。