EZ - PD? PMG1 - S2 Power Delivery MCU：高性能USB - C供電的理想之選

在當今電子設(shè)備飛速發(fā)展的時代，USB - C Power Delivery（PD）技術(shù)憑借其高效、靈活的供電能力，成為眾多電子設(shè)備的供電首選。EZ - PD? PMG1 - S2 Power Delivery MCU作為一款專為USB - C PD應(yīng)用設(shè)計的微控制器，以其豐富的功能和出色的性能，在市場上脫穎而出。本文將對EZ - PD? PMG1 - S2進行詳細剖析，為電子工程師們在設(shè)計相關(guān)產(chǎn)品時提供有價值的參考。

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一、EZ - PD? PMG1家族概述

EZ - PD? PMG1家族是一系列高壓USB - C Power Delivery微控制器，包含Arm? Cortex? - M0/M0 + CPU和USB - C PD控制器，以及模擬和數(shù)字外設(shè)。該家族主要有EZ - PD? PMG1 - S0、EZ - PD? PMG1 - S1、EZ - PD? PMG1 - S2、EZ - PD? PMG1 - S3等型號，各型號在CPU、內(nèi)存、供電、USB等方面存在差異。

從這些對比中，我們可以根據(jù)具體的設(shè)計需求，選擇最適合的型號。例如，如果對閃存容量和USB功能有較高要求，EZ - PD? PMG1 - S2或EZ - PD? PMG1 - S3可能是更好的選擇。

二、EZ - PD? PMG1 - S2詳細特性

2.1 基本特性

EZ - PD? PMG1 - S2具有128KB閃存、8KB SRAM、20個GPIO、全速USB設(shè)備控制器、用于認證的加密引擎、20V耐壓穩(wěn)壓器，以及一對用于切換5V（VCONN）電源的FET。它還集成了兩個用于控制外部VBUS FET的雙輸出柵極驅(qū)動器和系統(tǒng)級ESD保護，提供40 - QFN和42 - CSP兩種封裝形式，適用于工業(yè)溫度范圍（ - 40°C至 + 105°C）。

2.2 關(guān)鍵特性亮點

• Type - C和USB PD支持：支持一個USB Type - C端口，集成USB Power Delivery 3.0、PD BMC收發(fā)器、VCONN FET，可配置電阻$R{P}$和$R{D}$，支持死電池檢測、快速角色交換和擴展數(shù)據(jù)消息，以及基于硬件的過流保護（OCP）和過壓保護（OVP）。這些特性使得它在USB - C PD應(yīng)用中能夠穩(wěn)定、高效地工作，滿足不同設(shè)備的供電和通信需求。
• 32位MCU子系統(tǒng)：采用48MHz的ARM? Cortex? - M0 CPU，搭配128KB閃存和8KB SRAM，為系統(tǒng)提供了強大的計算能力和數(shù)據(jù)存儲能力，能夠快速處理各種復(fù)雜的任務(wù)。
• 集成數(shù)字模塊：硬件加密塊支持固件圖像的硬件輔助認證和可信生態(tài)系統(tǒng)中的固件現(xiàn)場升級；全速USB設(shè)備控制器支持廣告牌設(shè)備類；集成定時器和計數(shù)器，滿足USB PD協(xié)議所需的響應(yīng)時間；四個運行時可重新配置的串行通信塊（SCBs），具有可重新配置的I2C、SPI或UART功能，方便與其他設(shè)備進行通信。
• 時鐘和振蕩器：集成振蕩器，無需外部時鐘，簡化了電路設(shè)計，降低了成本和電路板空間。
• 電源管理：電源范圍為VSYS(2.7V – 5.5V)和VBUS (4.0V – 21.5V)，集成兩個雙輸出柵極驅(qū)動器用于外部VBUS FET開關(guān)控制，GPIO具有獨立的電源電壓引腳，支持1.71V至5.5V的信號傳輸。不同的電源模式（復(fù)位、活動、睡眠和深度睡眠）由電源系統(tǒng)管理，能夠根據(jù)實際需求靈活調(diào)整功耗。

三、開發(fā)支持

對于開發(fā)者來說，豐富的開發(fā)支持是選擇一款芯片的重要因素之一。EZ - PD? PMG1家族提供了豐富的文檔、開發(fā)工具和在線資源。

3.1 文檔支持

包括軟件用戶指南、組件數(shù)據(jù)手冊、應(yīng)用筆記和技術(shù)參考手冊等。軟件用戶指南詳細介紹了ModusToolbox?軟件的使用方法，組件數(shù)據(jù)手冊提供了選擇和使用特定組件所需的所有信息，應(yīng)用筆記包含了入門指南和硬件設(shè)計準則，技術(shù)參考手冊則包含了使用EZ - PD? PMG1設(shè)備所需的所有技術(shù)細節(jié)。這些文檔能夠幫助開發(fā)者快速上手，解決開發(fā)過程中遇到的問題。

3.2 在線資源

通過EZ - PD? PMG1 MCU論壇，開發(fā)者可以與全球的用戶和專家交流，獲取最新的技術(shù)信息和解決方案。

3.3 開發(fā)工具

基于行業(yè)標準的內(nèi)核、編程和調(diào)試接口，EZ - PD? PMG1家族是開發(fā)工具生態(tài)系統(tǒng)的一部分。ModusToolbox?軟件提供了革命性的、易于使用的Eclipse IDE，支持第三方編譯器、編程器、調(diào)試器和開發(fā)套件。使用ModusToolbox?軟件，開發(fā)者可以創(chuàng)建新應(yīng)用、配置設(shè)備資源和中間件庫、編寫C/C++/匯編源代碼，以及對設(shè)備進行編程和調(diào)試。

四、功能概述

4.1 CPU和內(nèi)存子系統(tǒng)

• CPU：Cortex? - M0 CPU是32位MCU子系統(tǒng)的核心，針對低功耗操作進行了優(yōu)化，采用廣泛的時鐘門控技術(shù)，主要使用16位指令，執(zhí)行Thumb - 2指令集的子集。英飛凌的實現(xiàn)包括一個硬件乘法器，能夠在一個周期內(nèi)提供32位結(jié)果。它還包含一個具有32個中斷輸入的嵌套向量中斷控制器（NVIC）塊和一個喚醒中斷控制器（WIC），WIC可以在芯片處于深度睡眠模式時將處理器從深度睡眠模式喚醒，節(jié)省功耗。此外，CPU還提供了一個非屏蔽中斷（NMI）輸入和一個串行線調(diào)試（SWD）接口，方便調(diào)試和開發(fā)。
• 閃存：具有兩個64KB閃存庫和閃存加速器，與CPU緊密耦合，提高了從閃存塊的平均訪問時間。在48MHz時，閃存塊的訪問時間為1等待狀態(tài)（WS），在24MHz時為0等待狀態(tài)。閃存加速器平均可提供85%的單周期SRAM訪問性能。
• SROM：提供包含引導和配置例程的監(jiān)控ROM。

4.2 加密塊

集成的加密塊用于固件圖像的硬件輔助認證，支持可信生態(tài)系統(tǒng)中的固件現(xiàn)場升級，提供高級加密標準（AES）塊密碼、安全哈希算法（SHA - 1和SHA - 2）、循環(huán)冗余校驗（CRC）和偽隨機數(shù)生成等加密功能，保障了系統(tǒng)的安全性。

4.3 集成廣告牌設(shè)備

集成了一個完整的全速USB 2.0設(shè)備控制器，能夠作為廣告牌類設(shè)備工作，也支持其他設(shè)備類，增強了設(shè)備的通用性和兼容性。

4.4 USB PD子系統(tǒng)

包含與USB Type - C和Power Delivery相關(guān)的所有模塊，如BMC PHY、VCONN電源FET、模擬交叉開關(guān)、可編程上拉和下拉終端、熱插拔檢測（HPD）處理器、VBUS_C穩(wěn)壓器、電源開關(guān)、OV/UV監(jiān)測塊、電流感測放大器（CSA）、VBUS_P和VBUS_C柵極驅(qū)動器、VBUS_C放電開關(guān)、充電器檢測/仿真模塊以及兩個8位SAR ADC。該子系統(tǒng)與USB Type - C連接器的引腳接口，實現(xiàn)了BMC和4b/5b編碼和解碼功能，支持DisplayPort邊帶信號，能夠監(jiān)測VBUS的過壓、欠壓和過流情況，并通過中斷自動關(guān)閉電源FET，保障系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

4.5 全速USB子系統(tǒng)

包含全速USB設(shè)備控制器，支持相關(guān)的通信和數(shù)據(jù)傳輸功能。

4.6 外設(shè)

• 串行通信塊（SCB）：有四個SCBs，可配置為I2C、SPI或UART接口。硬件I2C塊實現(xiàn)了完整的多主機和從機接口，支持多主機仲裁。在SPI模式下，SCB塊可作為主機或從機。但需要注意的是，SCB 1的I2C端口在某些方面不完全符合I2C規(guī)范，如GPIO單元不耐過壓、Fast Mode Plus的$I_{OL}$規(guī)格不滿足要求等。
• 定時器/計數(shù)器/PWM塊（TCPWM）：四個TCPWM塊，每個實現(xiàn)16位定時器、計數(shù)器、脈寬調(diào)制器（PWM）和正交解碼器功能，可用于實現(xiàn)各種定時和控制任務(wù)。
• GPIO：最多有20個GPIOs，可配置為GPIOs、SCB、SBU和Aux信號，SWD引腳也可作為GPIOs使用。SCB 0的I2C引腳具有過壓耐受性。GPIO塊提供七種驅(qū)動強度模式、輸入閾值選擇、輸入和輸出緩沖器的單獨控制、保持模式和可選的壓擺率，能夠滿足不同的應(yīng)用需求。

五、電源系統(tǒng)

EZ - PD? PMG1 - S2可由VBUS（4.0V – 21.5V）或VSYS（2.7V – 5.5V）兩種外部電源供電。VBUS電源通過芯片內(nèi)的低壓差穩(wěn)壓器（LDO）調(diào)節(jié)至3.3V水平，芯片內(nèi)部的VDDD電源智能地在VBUS穩(wěn)壓器輸出和未調(diào)節(jié)的VSYS之間切換。除復(fù)位模式外，該芯片有活動、睡眠和深度睡眠三種電源模式，由電源系統(tǒng)管理模式之間的轉(zhuǎn)換。為GPIO提供單獨的電源域VDDIO，VDDD和VCCD引腳用于連接1μF電容以穩(wěn)定穩(wěn)壓器，不支持作為電源使用。當由大于3.3V的VSYS供電時，專用的USB穩(wěn)壓器允許USB操作。

六、引腳定義

文檔詳細列出了EZ - PD? PMG1 - S2的引腳定義，包括GPIOs和串行接口、USB FS、USB Type - C、VBUS、VBUS OCP/SCP/RCP、復(fù)位、電源和GND等引腳的功能和描述。了解這些引腳定義對于正確設(shè)計電路板和連接外部設(shè)備至關(guān)重要。例如，不同的引腳用于不同的通信協(xié)議、電源控制和信號傳輸，開發(fā)者需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求合理使用這些引腳。

七、應(yīng)用示例

7.1 受電應(yīng)用

在受電應(yīng)用中，Type - C插座用于消耗功率。EZ - PD? PMG1 - S2與連接到Type - C插座的源設(shè)備協(xié)商功率合約，控制和驅(qū)動消費者路徑的FET，并監(jiān)測Type - C VBUS線上的過壓/欠壓情況，確保設(shè)備能夠安全、穩(wěn)定地獲取電源。

7.2 供電應(yīng)用

在供電應(yīng)用中，EZ - PD? PMG1 - S2作為DFP（電源提供者），最大支持20V、100W的功率配置文件。它可以驅(qū)動兩種類型的FET，GPIO P1.0的狀態(tài)（浮空或接地）指示功率提供者路徑中使用的FET類型（N - MOS或P - MOS FET）。為了確保在電源適配器電纜斷開時VBUS能夠快速放電，提供了一個通過電阻連接到EZ - PD? PMG1 - S2的VBUS_DISCHARGE引腳的放電路徑。同時，通過內(nèi)部電路監(jiān)測Type - C端口上的VBUS電壓，檢測欠壓和過壓情況，還可以通過感測連接在“CSN”和“CSP/VBUS_P”引腳之間的10mΩ感測電阻上的電流來檢測VBUS過流。任何VBUS線上的故障都可以用于通過高壓柵極驅(qū)動器輸出（VBUS_P_CTRL0和VBUS_P_CTRL1引腳）關(guān)閉VBUS提供者路徑。

7.3 雙角色端口應(yīng)用

在雙角色端口應(yīng)用中，Type - C端口既可以作為電源提供者，也可以作為電源消費者，EZ - PD? PMG1 - S2能夠根據(jù)實際情況靈活切換角色，滿足不同的使用場景。

八、電氣規(guī)格

文檔提供了詳細的電氣規(guī)格，包括絕對最大額定值、引腳的絕對最大額定值、設(shè)備級規(guī)格、數(shù)字外設(shè)規(guī)格和系統(tǒng)資源規(guī)格等。這些規(guī)格是設(shè)計電路時必須考慮的重要因素，例如絕對最大額定值規(guī)定了設(shè)備在不同條件下能夠承受的最大電壓、電流等參數(shù)，如果超出這些范圍，可能會導致設(shè)備損壞。開發(fā)者需要根據(jù)這些規(guī)格合理設(shè)計電源、選擇外部元件，確保設(shè)備在安全的電氣環(huán)境下工作。

九、訂購信息和封裝

9.1 訂購信息

列出了EZ - PD? PMG1 - S2的訂購代碼定義和不同型號的特點，如CYPM1211 - 40LQXI和CYPM1211 - 42FNXIT等型號適用于不同的應(yīng)用場景和封裝需求。開發(fā)者可以根據(jù)自己的需求選擇合適的型號進行訂購。

9.2 封裝特性

提供了40 - QFN和42 - CSP兩種封裝的特性，包括工作環(huán)境溫度、結(jié)溫、熱阻、焊接回流峰值溫度和封裝濕度敏感度等級等信息。了解這些封裝特性有助于在電路板設(shè)計和制造過程中選擇合適的封裝形式，確保設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。

十、總結(jié)

EZ - PD? PMG1 - S2 Power Delivery MCU以其豐富的功能、出色的性能和完善的開發(fā)支持，為電子工程師在USB - C PD應(yīng)用設(shè)計中提供了一個優(yōu)秀的選擇。它不僅能夠滿足各種復(fù)雜的供電和通信需求，還在安全性、低功耗、靈活性等方面表現(xiàn)出色。然而，在使用過程中，工程師們也需要注意其一些細節(jié)，如部分接口的規(guī)格限制等。希望通過本文的介紹，能夠幫助電子工程師們更好地了解和應(yīng)用EZ - PD? PMG1 - S2，開發(fā)出更加優(yōu)秀的電子設(shè)備。

你在使用EZ - PD? PMG1 - S2的過程中遇到過哪些問題？或者你對它的哪些特性最感興趣呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和想法。