EZ - PD? CCG7SC：單端口 USB Type - C 與 PD 和升降壓控制器的深度剖析

在當今的電子世界中，USB Type - C 接口憑借其強大的功能和廣泛的應用，成為了充電和數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹髁鳂藴?。?EZ - PD? CCG7SC 作為一款高度集成的單端口 USB Type - C 電源傳輸（PD）解決方案，無疑為單端口消費充電應用帶來了新的活力。今天，我們就來深入了解一下這款芯片。

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一、概述

EZ - PD? CCG7SC 集成了升降壓控制器，不僅符合最新的 USB Type - C 和 PD 規(guī)范，還能有效減少材料清單（BOM），為單端口消費充電需求提供了優(yōu)化的解決方案。它擁有一個片上 32 位 Arm? Cortex? - M0 處理器、128 - KB 閃存、16 - KB RAM 和 32 - KB ROM，為用戶應用留下了大量的閃存空間。同時，它還包含了各種模擬和數(shù)字外設，如 ADC、PWM 和定時器，使得用戶可以實現(xiàn)自定義的系統(tǒng)管理功能。

二、應用領域

1. 單端口消費充電應用：如手機、平板電腦等設備的充電器。
2. 電源充電器：為各種電子設備提供穩(wěn)定的電源。
3. 點煙器適配器（CLA）：在汽車環(huán)境中為移動設備充電。

三、特性分析

（一）USBPD 特性

1. 單端口支持：支持一個 USBPD 端口，滿足單端口設備的充電需求。
2. 最新標準兼容：支持最新的 USBPD 3.1 標準，包括可編程電源（PPS）模式，能夠提供更靈活的充電電壓和電流。
3. 擴展數(shù)據(jù)消息：支持擴展數(shù)據(jù)消息，方便設備之間的通信。

（二）Type - C 特性

1. 可配置電阻：可配置電阻 $R{p}$ 和 $R3kspceigf27$，滿足不同的應用需求。
2. VBUS 驅動：具備 VBUS 提供方 NFET 柵極驅動器，確保 VBUS 信號的穩(wěn)定輸出。
3. VCONN 電源：集成了 100 - mW VCONN 電源和控制，為電子標記電纜組件（EMCA）、VCONN 供電設備（VPD）和 VCONN 供電配件（VPA）提供電源。

（三）升降壓控制器特性

1. 寬頻率范圍：開關頻率范圍為 150 至 600 kHz，可根據(jù)實際應用進行調整。
2. 寬輸入電壓：輸入電壓范圍為 4.5 至 24 V，耐受 40 V 電壓，適應不同的電源環(huán)境。
3. 輸出靈活：輸出電壓范圍為 3.3 至 21.5 V，滿足多種設備的充電需求。
4. PPS 支持：在 PPS 模式下，具有 20 - mV 電壓和 50 - mA 電流步長，實現(xiàn)精確的充電控制。
5. 工作模式：支持可選的脈沖跳過模式（PSM）和強制連續(xù)電流/傳導模式（FCCM），優(yōu)化輕載條件下的效率。
6. 軟啟動功能：支持軟啟動，減少啟動時的電流沖擊。
7. 低 EMI 設計：可編程的擴頻頻率調制，降低電磁干擾（EMI）。

（四）傳統(tǒng)充電支持

支持 Qualcomm QC 2.0/3.0/4.0/5.0、Apple 充電 2.4 A、Samsung 自適應快速充電（AFC）、USB BC 1.2 等傳統(tǒng)充電協(xié)議，兼容性強。

（五）系統(tǒng)級故障保護

1. VBUS 保護：具備片上 VBUS 過壓保護（OVP）、過流保護（OCP）、欠壓保護（UVP）和 VBUS 至 CC 短路保護，確保設備的安全運行。
2. 溫度保護：通過集成的 ADC 電路和內部溫度傳感器支持過溫保護，還支持使用外部熱敏電阻進行連接器和電路板溫度測量。

四、功能模塊詳解

（一）MCU 子系統(tǒng)

1. CPU：采用 32 位 Cortex - M0 處理器，優(yōu)化了低功耗操作，執(zhí)行 Thumb - 2 指令集的子集，并包含硬件乘法器，提高計算效率。
2. 存儲資源：128 - KB 閃存用于存儲用戶代碼和固件，32 - KB ROM 存儲認證庫和設備驅動，16 - KB RAM 用于存儲系統(tǒng)變量和參數(shù)。

（二）USB PD 子系統(tǒng)

1. 物理層：包含 USBPD 物理層塊和支持電路，通過 CC 通道進行 BMC 編碼數(shù)據(jù)的通信，支持最新的 USBPD 3.1 標準。
2. VCONN 開關：內部 LDO 電壓調節(jié)器能夠為 VCONN 供電，集成了 VCONN 開關和過流保護，確保 VCONN 電源的穩(wěn)定和安全。
3. VBUS 保護：通過內部電阻分壓器監(jiān)測 VBUS 的欠壓和過壓故障，可配置故障閾值和響應時間。
4. VBUS 電流控制：支持使用外部電阻測量和控制 VBUS 電流，在 PPS 電流折返模式下精確控制輸出電流。
5. VBUS 放電控制：支持高電壓（21.5 V）VBUS 放電電路，在設備斷開、故障或硬復位時，將輸出 VBUS 端子放電至安全電壓。
6. 柵極驅動器：集成高電壓柵極驅動器，驅動外部高側 NFET，具備可選的慢開啟功能，減少輸出電流尖峰。
7. 傳統(tǒng)充電檢測：實現(xiàn)了電池充電器仿真和檢測功能，支持多種傳統(tǒng)充電協(xié)議。
8. CC 短路保護：CC 引腳具備防止意外短路到高電壓 VBUS 和 VBAT 的保護功能。

（三）升降壓子系統(tǒng)

1. 電流檢測：采用高側（逐周期）電流檢測放大器，實現(xiàn)峰值電流控制，通過外部電阻進行電流檢測，并具備斜率補償功能，避免次諧波振蕩。
2. 柵極驅動：提供四個 N 通道 MOSFET 柵極驅動器，包括兩個浮動高側和兩個接地參考低側驅動器，具有可編程的驅動強度和死區(qū)時間控制。
3. 誤差放大器：包含兩個誤差放大器，用于輸出電壓和電流調節(jié)，通過 PWM 塊控制外部 FET。
4. PWM 控制：PWM 塊生成控制信號，具有多種可編程選項，支持脈沖跳過模式（PSM）和強制連續(xù)傳導模式（FCCM），優(yōu)化系統(tǒng)效率。

（四）其他模塊

1. 模擬塊：擁有兩個 8 位 SAR ADC，用于通用的 A - D 轉換應用。
2. 集成數(shù)字塊：三個 SCB 塊可配置為 $I^{2} C$、SPI、UART 或 LIN，支持全多主和從 $I^{2} C$ 接口。
3. I/O 子系統(tǒng)：具有 13 個 GPIO，支持多種輸出驅動模式、輸入閾值選擇、輸入和輸出禁用控制、保持模式和可選的壓擺率控制，部分 GPIO 具備過壓耐受能力。
4. 系統(tǒng)資源：包含看門狗定時器、復位功能、時鐘系統(tǒng)、內部主振蕩器和內部低速振蕩器，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

五、電源子系統(tǒng)

（一）VIN 欠壓鎖定（UVLO）

支持 UVLO 功能，當輸入電壓低于可靠水平時，設備自動關閉，保證設備的穩(wěn)定運行。

（二）外部 VDDD 電源

默認情況下不支持外部 VDDD 電源，但可通過固件啟用。啟用外部 VDDD 電源的前提是 VIN 始終高于 VDDD。

（三）電源模式

設備具有多種電源模式，如 RESET、ACTIVE、SLEEP、DEEP SLEEP 和 XRES，用戶可以根據(jù)實際需求進行選擇。

六、引腳列表

該芯片采用 40 - 引腳 QFN 封裝，每個引腳都有特定的功能，如 HG1、LG1 等用于驅動外部 FET，CC1、CC2 用于 Type - C 端口的配置通道，VIN 用于輸入電源等。在設計電路時，需要根據(jù)引腳的功能和電氣特性進行合理的連接和布局。

七、編程和引導加載

（一）編程方式

1. SWD 接口編程：在開發(fā)或產(chǎn)品制造過程中，可通過 SWD 接口對設備的閃存進行編程。Infineon 提供了 CY8CKIT - 005 MiniProg4 編程硬件，方便用戶進行編程和調試。
2. 特定接口固件更新：產(chǎn)品制造完成后，可通過 CC、$I^{2} C$ 等接口更新應用固件。但在批量生產(chǎn)前，建議使用 EZ - PD? 配置實用程序關閉通過 CC 或 $I^{2} C$ 接口的應用固件更新功能，防止未經(jīng)授權的固件更新。

八、應用案例

（一）單端口點煙器適配器（CLA）

在汽車環(huán)境中，CLA 由汽車電池供電，為移動設備充電。CCG7SC 始終處于 DFP 角色，與連接的設備協(xié)商功率，并使用集成的升降壓控制器提供所需的電壓和電流。當 USB Type - C 端口無負載時，CCG7SC 進入待機模式，降低功耗。

（二）降壓模式應用

使用集成的降壓控制器為連接的設備提供所需的電壓和電流。該應用與 CLA 應用類似，但僅采用降壓拓撲，要求協(xié)商的電壓始終低于輸入電壓。

（三）USB - PD 多端口充電器和適配器

可通過一個 CCG7DC 和一個 CCG7SC 控制器或三個單獨的 CCG7SC 控制器實現(xiàn) AC - DC 電源應用的 USB - PD 多端口充電器和適配器解決方案。CCG7DC 和 CCG7SC 始終處于 DFP 角色，支持設備充電，通過集成的降壓控制器提供所需的電壓和電流。

九、電氣規(guī)格

（一）絕對最大額定值

包括輸入電壓、輸出電壓、GPIO 電流等參數(shù)的絕對最大額定值，使用時需注意不要超過這些限制，以免損壞設備。

（二）設備級規(guī)格

涵蓋了輸入電源電壓、VDDD 輸出電壓、VBUS 電壓范圍、電源電流等參數(shù)的詳細規(guī)格，為電路設計提供了重要的參考依據(jù)。

（三）數(shù)字外設規(guī)格

包括 PWM、$I^{2} C$、UART、SPI 等數(shù)字外設的電氣規(guī)格，確保外設的正常工作。

（四）系統(tǒng)資源規(guī)格

涉及電源復位、SWD 接口、內部振蕩器等系統(tǒng)資源的規(guī)格，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

十、總結

EZ - PD? CCG7SC 是一款功能強大、集成度高的單端口 USB Type - C 電源傳輸解決方案，具有廣泛的應用領域和豐富的特性。在設計電子設備的充電電路時，我們可以充分利用其優(yōu)勢，實現(xiàn)高效、安全、靈活的充電功能。但在實際應用中，我們也需要根據(jù)具體的需求和場景，合理選擇和配置芯片的參數(shù)，確保系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。大家在使用過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。