深入剖析FUSB15200：雙端口USB Type - C與PD控制器的卓越之選

在當今的電子設備領域，USB Type - C接口和Power Delivery（PD）技術已經(jīng)成為了標配，它們?yōu)樵O備之間的連接和充電提供了高效、便捷的解決方案。onsemi的FUSB15200作為一款高度集成的雙端口USB Type - C和PD控制器，專為Sink和DRP應用而優(yōu)化，下面我們就來詳細了解一下這款產(chǎn)品。

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產(chǎn)品概述

FUSB15200是一款高度集成的雙端口USB Type - C和PD控制器，它通過優(yōu)化的硬件外設和完整的開源嵌入式固件，為Sink和DRP應用提供了完整的解決方案。該產(chǎn)品能夠最大限度地提高系統(tǒng)總功率預算，并且onsemi還提供了完整的開源嵌入式固件解決方案，系統(tǒng)設計人員可以通過易于使用的API輕松定制該固件，以滿足其最終應用的特定需求。此外，F(xiàn)USB15200還提供了完全符合USB PD3.1標準的解決方案，能夠與市場上領先的移動和計算設備實現(xiàn)互操作性。

框圖

產(chǎn)品特性

小尺寸雙端口USB PD控制器

支持多種流行外設，包括USB PD 3.1和USB Type - C 2.1標準，擁有4個I2C主機/設備接口、雙USB BC1.2消費者/提供者接口以及USB2.0隔離開關。

可編程和可升級的開源固件

提供API，方便客戶進行特定設備策略管理器的開發(fā)。

集成LDO

可從VBUS供電，實現(xiàn)死電池功能。

高電壓保護

CC和VBUS引腳具有28V DC的高電壓保護能力。

豐富的GPIO和ADC

多達20個GPIO，以及10位ADC，可用于高性能系統(tǒng)測量。

其他特性

支持DisplayPort? HPD信號轉(zhuǎn)換、快速角色交換，采用40引腳QFN封裝（5mm x 5mm，0.4mm間距），并且是無鉛器件。

技術細節(jié)

核心處理器

集成了ARM Cortex - M0 +處理器，具備嵌套向量中斷控制器（NVIC）、喚醒中斷控制器（WIC）和調(diào)試訪問端口（DAP）。該處理器采用Thumb指令集，優(yōu)化了代碼大小和功耗，能夠高效處理多個并行外設，并具有集成的睡眠模式。同時，通過ARM Serial Wire Debug Port增強了測試和調(diào)試能力。

電源管理單元

為FUSB15200的所有模塊提供合適的電源。在VDD不存在（死電池情況）時，可從VBUS引腳供電；當VDD > VDD_DBAT時，PMU會自動將內(nèi)部電源切換到VDD。此外，該單元還能防止系統(tǒng)在VDD電壓低于可靠運行所需的最低電壓時出現(xiàn)掉電情況。

復位源

具有多種復位源，包括內(nèi)部上電復位（VDD_POR）、軟件復位、看門狗定時器復位和外部引腳復位，確保設備在各種情況下都能穩(wěn)定復位。

電源和睡眠行為

通過利用外設中斷和硬件自主性，優(yōu)化了功耗?？赏ㄟ^固件配置進入低功耗狀態(tài)，禁用不需要的外設，并根據(jù)不同應用需求調(diào)整時鐘頻率。Type - C模塊在最低功耗狀態(tài)下也能正常工作，并在檢測到Type - C連接時自動喚醒。

時鐘源

采用雙振蕩器架構(gòu)，一個24MHz內(nèi)部RC振蕩器用于實現(xiàn)完整功能，一個120kHz內(nèi)部RC振蕩器用于超低功耗睡眠模式。

定時器

包括兩個32位通用定時器（TIM0/1）、一個32位喚醒定時器（WUT）和一個32位看門狗定時器（WDT），分別用于產(chǎn)生中斷請求信號、促進從低功耗模式的定時退出以及在軟件故障時對系統(tǒng)進行復位。

串行線調(diào)試接口

ARM M0 +實現(xiàn)包括一個調(diào)試訪問端口（DAP），具有4個硬件斷點和2個硬件觀察點。調(diào)試訪問端口接口為ARM Serial Wire Debug Port（SW - DAP），通過SWCLK和SWDIO引腳連接，使用單雙向數(shù)據(jù)連接。

USB Type - C和PD外設

由模擬前端和數(shù)字狀態(tài)機組成，固件實現(xiàn)高層協(xié)議和策略層，模擬和數(shù)字組件執(zhí)行低層PD協(xié)議和PHY層功能。Type - C模塊包括源/匯/DRP操作所需的所有終端和比較器，可進行插頭方向檢測、電源能力通告和電源角色檢測。

VCONN開關

可根據(jù)VCONN電平提供1.5W或更多的功率，以滿足一些需要額外功能的應用需求。

USB PD PHY狀態(tài)機邏輯

包括序列化和反序列化、時鐘和數(shù)據(jù)恢復（CDR）、4B5B編碼、BMC編碼、數(shù)據(jù)包CRC生成和檢查、功率傳輸K代碼的編碼和檢測以及自動GoodCRC數(shù)據(jù)包響應等數(shù)字功能，以實現(xiàn)USB PD消息傳遞。

VBUS放電

能夠通過可選的下拉電阻對VBUS進行放電。在整個工作范圍內(nèi)，可從VBUS放電高達100F。不過，在使用內(nèi)部放電功能時，需要隔離任何大的大容量電容，以防止內(nèi)部溫度過高。

快速角色交換

在外部電源斷開時，可快速交換端口伙伴之間的源和匯角色。FUSB15200具有專用的I/O（SRC_SNK_x和SNK），在編程檢測或傳輸快速角色交換信號時可自動切換。

內(nèi)部保護

集成了多種系統(tǒng)級保護功能，包括VCONN過流保護、CC過壓保護和內(nèi)部過溫保護，確保設備在各種異常情況下的安全性和可靠性。

引腳和端口配置

引腳描述

詳細說明了每個引腳的名稱、所屬端口和功能，包括電源引腳、模擬引腳、I2C引腳、GPIO引腳等。例如，VBUS A引腳用于監(jiān)測和放電Port A的VBUS，HVCC2A引腳是Port A的高電壓配置通道2等。

端口配置

包括端口映射、電源域和默認配置。部分引腳可配置為標準GPIO或用于特定外設，如I2C。同時，F(xiàn)USB15200提供了選擇四個GPIO之一作為外部不可屏蔽中斷源的方法。

電氣特性

絕對最大額定值

規(guī)定了各個引腳的電壓、溫度等參數(shù)的最大允許值，超過這些值可能會損壞設備。例如，VBUS引腳電壓范圍為 - 0.3V至28V，結(jié)溫范圍為 - 40°C至150°C等。

推薦ESD設備

對于Type - C連接器引腳的ESD保護，推薦使用onsemi的相關產(chǎn)品（具體型號待定）。

工作額定值

給出了各個參數(shù)在正常工作時的推薦范圍，如VCONN電源電壓范圍為3.0V至5.5V，VDD電源電壓范圍為3.0V至5.5V等。

其他電氣特性

包括USB PD PHY發(fā)射器和接收器的各項參數(shù)、Type - C前端的電流和電阻參數(shù)、VBUS放電電阻、電流消耗、PMU的各項閾值、時鐘頻率、外部溫度保護和測量參數(shù)、BC1.2支持的相關參數(shù)、開關路徑參數(shù)、HPD I/O參數(shù)、串行線調(diào)試接口參數(shù)、復位參數(shù)、GPIO參數(shù)和I2C I/O參數(shù)等。

典型應用

適用于各種Sink和DRP設備，如筆記本電腦、擴展塢等。在這些應用中，F(xiàn)USB15200能夠提供高效、穩(wěn)定的USB Type - C和PD功能，滿足設備的充電和數(shù)據(jù)傳輸需求。

總結(jié)

FUSB15200是一款功能強大、性能卓越的雙端口USB Type - C和PD控制器，它在硬件設計、固件開發(fā)、電源管理、保護機制等方面都具有出色的表現(xiàn)。無論是對于電子工程師進行產(chǎn)品設計，還是對于終端用戶使用相關設備，F(xiàn)USB15200都能提供可靠的解決方案。在實際應用中，我們需要根據(jù)具體的需求和場景，合理配置和使用該控制器，以充分發(fā)揮其優(yōu)勢。大家在使用過程中有沒有遇到過類似控制器的一些特殊問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。