RTQ2115A-QA 是一款通過了 AEC-Q100 Grade 1 認(rèn)證的多功能 IC，它將充電端口控制器、3V~36V 輸入 /3A 輸出的同步 Buck 轉(zhuǎn)換器和 USB 2.0 高速數(shù)據(jù)線開關(guān)集成于一體，使用了焊接性能良好的 WET-WQFN-32L 5x5 封裝，是車用電子產(chǎn)品增設(shè) USB 充電下行端口的理想選擇。

先來看看 RTQ2115A-QA 的內(nèi)部電路框圖：

將它用于設(shè)計(jì)中的典型電路圖大概是這樣的：

圖中數(shù)據(jù)告訴我們，這是一個(gè) 5V3A 輸出的設(shè)計(jì)電路，左上角的文字說明它具有輸出電纜的壓降補(bǔ)償能力，這在經(jīng)過 USB 電纜進(jìn)行長線傳輸?shù)膱龊咸貏e重要，可確保與之連接的設(shè)備得到的電壓不至于因負(fù)載電流變大了就變得不足。如果需要選擇 Buck 轉(zhuǎn)換器的工作模式，將 MODE 端連接高電平便可得到強(qiáng)制的 PWM 工作模式，連接低電平則可讓其在 PWM 模式和節(jié)能的 PSM 模式之間進(jìn)行切換。將 BCM 分別連接高電平、低電平或浮空便可將芯片連接的端口設(shè)定為 CDP、SDP 或 DCP，這幾個(gè)縮寫詞的定義在后面的內(nèi)容中可以看到。

下面先來說說與 USB2.0 高速數(shù)據(jù)線開關(guān)相關(guān)的內(nèi)容：

USB2.0 接口支持高達(dá) 480Mbps 的數(shù)據(jù)傳輸，其傳輸方式是雙線半雙工的，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者需要在主機(jī)的 USB 控制器和 USB 連接器之間加入可控的雙向驅(qū)動器才能夠完成信號的發(fā)送和接收工作。如果需要在單個(gè) USB 控制器之下設(shè)置多個(gè) USB 接口，那就需要加入 USB 信號切換開關(guān)才能與各個(gè)接口實(shí)現(xiàn)分時(shí)連接，RTQ2115A-QA 所集成的 USB 2.0 高速數(shù)據(jù)線開關(guān)便是用于這一目的的，上圖中所示的 DH+/DH- 在系統(tǒng)中便需要與USB控制器的數(shù)據(jù)線連接，而 DS+/DS- 則要直接連接到USB端口連接器上。

選擇 USB 開關(guān)需要考慮的因素有很多，分別涉及導(dǎo)通阻抗、插入電容、帶寬、隔離度、時(shí)延等參數(shù)，RTQ2115A-QA 的規(guī)格書列出了下列數(shù)據(jù)，可供設(shè)計(jì)者在選型時(shí)參考使用。

關(guān)于充電端口控制器，下面的知識可能是最基本的：

早期的 USB 接口設(shè)計(jì)是沒有考慮到要為大電流外設(shè)供電或充電的，但是便攜式設(shè)備的發(fā)展改變了這一局面，各廠商紛紛利用該接口上的 D+/D- 來識別自己的設(shè)備，逼得 USB-IF 出了個(gè)專門負(fù)責(zé)充電應(yīng)用的規(guī)范 USB BC 即 USB Battery Charging Specification，人們最常提及的便是其 1.2 修訂版即 USB BC1.2，其目的是為以超過 USB2.0 規(guī)范所定義的電流從專用充電器、主機(jī)、集線器和充電下行端口獲取電能或是充電的許可設(shè)備定義檢測、控制和報(bào)告機(jī)制的限制。它為什么要這么做呢？因?yàn)楫?dāng)一個(gè) PD（即 portable device，便攜式設(shè)備）被接入 USB 主機(jī)或集線器時(shí)，USB2.0 規(guī)范要求 PD 吸取的電流小于：

平均 2.5mA，假如總線處于掛起狀態(tài)。

100mA，假如總線沒有掛起，并且沒有配置好。

500mA，假如總線沒有掛起，并且配置為 500mA。

當(dāng)此 PD 被接入一個(gè)充電口（如 CDP, DCP, ACA-Dock or ACA）時(shí)，無需經(jīng)過配置或服從掛起的限制就被容許吸取足夠大的電流。為了讓 PD 確定它能從一個(gè) upstream USB 端口吸取多大的電流，就需要一種機(jī)制能讓 PD 可以分辨標(biāo)準(zhǔn)下行端口（Standard Downstream Port）和充電端口（Charging Port）。

前面這段從 BC1.2 的說明開始的文字是從我的一份 BC1.2 閱讀筆記里摘錄下來的，下面繼續(xù)摘錄幾個(gè)名詞定義以滿足對此有需求的讀者，而 RTQ2115A-QA 也可以支持這些端口模式。

CDP：Charging Downstream Port，充電下行端口是主機(jī)或集線器設(shè)備上的符合USB 2.0定義的下行端口，它同時(shí)具備本規(guī)范定義的 CDP 特性。

當(dāng) CDP 沒有和一臺外設(shè)連接起來的時(shí)候，如果發(fā)現(xiàn) D+ 上的電壓高于 VDAT_REF 但低于 VLGC，就會在 D- 上輸出等于 VDM_SRC 的電壓。一旦發(fā)現(xiàn)和外設(shè)的連接完成，CDP 即不再輸出 VDM_SRC 電壓，直至外設(shè)斷開連接。

DCP：Dedicated Charging Port，專用充電端口，是一個(gè)設(shè)備上的下行端口，它通過一個(gè) USB 連接器輸出電源 ，但是不具備枚舉下行（這個(gè)字應(yīng)該是“游”比較合理）設(shè)備的能力。一個(gè) DCP 應(yīng)當(dāng)可以平均電壓 VCHG 給出電流 IDCP。DCP 的 D+ 和 D- 處于短路狀態(tài)。

SDP：Standard Downstream Port，標(biāo)準(zhǔn)下行端口，是指一個(gè)設(shè)備上的下行端口，它符合 USB 2.0 對主機(jī)或集線器的定義。一個(gè) SDP 希望一個(gè)具有正常電池的下游設(shè)備在未連接或處于掛起狀態(tài)時(shí)吸取的電流少于 2.5mA；一個(gè)完成連接但沒有配置好、沒有掛起的下游設(shè)備吸取的電流少于 100mA；已經(jīng)配置好、沒有掛起的下游設(shè)備吸取的電流不大于 500mA。一個(gè)下游設(shè)備連接到 SDP 以后可以被枚舉。一個(gè) SDP 通過兩只 15kΩ 電阻將 D+ 和 D- 拉低到地電平。一個(gè) SDP 可以具有這樣的能力，當(dāng) PD 將 D+ 驅(qū)動至 VDP_SRC 時(shí)，它能檢測到，并且在此后合理管理其電源狀態(tài)。PD 需要在已接入但沒有連接而電流消耗又大于 ISUSP 時(shí)將 D+ 驅(qū)動至 VDP_SRC，見 Dead Battery Provision。

（注：這些內(nèi)容是多年前的筆記，翻譯自 USB BC1.2，現(xiàn)在看起來有點(diǎn)錯誤，所以加了一點(diǎn)注解。為了避免被我的理解錯誤所誤導(dǎo)，請嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖x者去查看原文。）

端口的檢測當(dāng)然是需要供方和需方同時(shí)配合才能完成的事情，所以 USB BC1.2 也規(guī)定了端口檢測的方法，IC 設(shè)計(jì)者在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)只要把這些機(jī)制設(shè)計(jì)進(jìn) IC 中便可以了。當(dāng)你了解了這一切以后再來看 RTQ2115A-QA 的規(guī)格書或是介紹，看到它說自己具備充電端口控制器，你便知道它是怎樣工作的了。其實(shí) RTQ2115A-QA 還支持 YD/T1591-2009，這也就是通用手機(jī)充電器的接口標(biāo)準(zhǔn)，其中定義的標(biāo)準(zhǔn)充電器的 D+、D- 是短路在一起的，對此標(biāo)準(zhǔn)的支持被放在 DCP 接口模式之下。

最后再來說說 RTQ2115A-QA 的 Buck 轉(zhuǎn)換器部分，有了它之后，與之連接的 USB 端口的 VBUS 電源供應(yīng)問題就得到了解決，而它所適應(yīng)的電源范圍是很寬的，可以在 3V~36V 的輸入電壓范圍內(nèi)工作，當(dāng)然這不表示輸入電壓為 3V 時(shí)也能提供正常的 5V 輸出，這種情況在車輛上是很容易發(fā)生的，大負(fù)載出現(xiàn)如啟動發(fā)動機(jī)時(shí)就會將電池總線上的電壓拉到非常低的程度，Buck 能在很低的電壓下工作，便能盡量確保其負(fù)載能正常運(yùn)行，但正常的系統(tǒng)是容許在這種情況發(fā)生時(shí)暫時(shí)不工作的，就像我們啟動車輛時(shí)看到很多設(shè)備燈光全滅、運(yùn)行暫停一樣。

RTQ2115A-QA 所含之 Buck 轉(zhuǎn)換器的負(fù)載能力為 3A，即使讓它通過 USB C型接口對外供電也是可以的。它對負(fù)載電流通過長線傳輸可能形成的IR壓降進(jìn)行補(bǔ)償，以便確保最終負(fù)載得到的電壓供應(yīng)是穩(wěn)定的，不會因負(fù)載電流的變化而發(fā)生大的變化。

Buck 轉(zhuǎn)換器因以開關(guān)模式工作，由此造成的開關(guān)噪聲是某些電子設(shè)備特別懼怕的，車載收音部分對此尤其敏感。RTQ2115A-QA 之 Buck 轉(zhuǎn)換器可以在 300kHz~2.1MHz 的頻率范圍內(nèi)工作，并且支持頻譜擴(kuò)展模式的工作方式，可將開關(guān)工作的噪聲分配到一個(gè)比較寬的頻率范圍，避免其發(fā)出的射頻能量集中在單一頻率上，這樣就可以把對收音系統(tǒng)的干擾降低到最低程度。

如果應(yīng)用強(qiáng)調(diào)節(jié)能，需要盡量提高轉(zhuǎn)換效率，該 Buck 轉(zhuǎn)換器可以在輕載情形下進(jìn)入節(jié)能工作模式以提高效率。除此以外，還是以讓它工作在強(qiáng)制 PWM 模式比較好，這時(shí)候的輸出紋波也會比較低，對有的應(yīng)用來說是比較合適的。

由于 RTQ2115A-QA 主要針對的應(yīng)用場合是具有供電、充電功能的 USB 端口，連接不同負(fù)載時(shí)需要使用不同的模式，其 Buck 轉(zhuǎn)換器的工作是與模式的切換聯(lián)動的。每當(dāng)改變 BCM 端子的狀態(tài)以實(shí)現(xiàn)模式切換時(shí)，它給 VBUS 的供電也會中斷并重新復(fù)位、啟動，不同模式之間的切換時(shí)長也有差別，具體的細(xì)節(jié)可參看產(chǎn)品規(guī)格書。

RTQ2115A-QA 作為一款車用電子設(shè)備的 USB 端口解決方案，它對安全性的考慮也要比普通的電源管理器件更多一些，例如它具有相鄰引腳短路保護(hù)功能，即使因自身短路而將自己燒毀了也不至于會造成冒煙、燃燒等問題。它的數(shù)據(jù)線端子具有 ±8kV 的 HBM 靜電耐受能力。它的封裝是不同于一般 QFN 的 WET-WQFN，焊接中的浸潤性能更好，不容易出現(xiàn)虛焊問題。類似這樣的考慮還有很多，細(xì)節(jié)就不多說了，感興趣的請點(diǎn)擊文末的閱讀原文查看產(chǎn)品規(guī)格書，也希望這樣的文章能給你帶來多多少少的幫助，有問題的讀者可以留言交流。