深入剖析TPS26750：USB Type - C與PD控制器的卓越之選

在當(dāng)今電子設(shè)備飛速發(fā)展的時(shí)代，USB Type - C接口憑借其強(qiáng)大的功能和便捷的使用方式，成為了各種電子設(shè)備的標(biāo)配。而與之相匹配的USB PD（Power Delivery）技術(shù)也日益成熟，為設(shè)備的充電和數(shù)據(jù)傳輸提供了更高效、靈活的解決方案。TPS26750作為一款高度集成的獨(dú)立式USB Type - C和電力輸送（PD）控制器，在USB - C PD電源應(yīng)用領(lǐng)域展現(xiàn)出了卓越的性能。本文將深入剖析TPS26750的特性、應(yīng)用及設(shè)計(jì)要點(diǎn)，為電子工程師們?cè)谙嚓P(guān)設(shè)計(jì)中提供有價(jià)值的參考。

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一、TPS26750特性概覽

1.1 認(rèn)證與優(yōu)化

TPS26750由USB - IF進(jìn)行了PD3.1認(rèn)證，這為新的USB PD設(shè)計(jì)提供了可靠的保障。它針對(duì)USB Type - C PD電源應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，集成了I2C控制功能，可與TI電池充電器完美配合。同時(shí)，基于網(wǎng)絡(luò)的GUI和預(yù)配置固件，為用戶提供了直觀、便捷的配置方式，顯著降低了競(jìng)爭(zhēng)性USB PD解決方案相關(guān)的復(fù)雜性。

1.2 功率范圍與可編程電源

該器件支持?jǐn)U展功率范圍（EPR），包括供電端和受電端的EPR 28V、36V、48V和AVS，以及可編程電源（PPS）的供電端和受電端。獨(dú)立PPS供電端控制TI電池充電器，為PPS受電端提供可編程接口，滿足了不同應(yīng)用場(chǎng)景下對(duì)功率和電源的多樣化需求。

1.3 保護(hù)與檢測(cè)功能

液體檢測(cè)功能可直接在Type - C連接器上進(jìn)行測(cè)量，并集成了錯(cuò)誤處理和保護(hù)機(jī)制。完全管理的集成電源路徑和保護(hù)，包括集成5V、3A和36mΩ拉電流開(kāi)關(guān)，以及欠壓、過(guò)壓保護(hù)和限流功能，為電源路徑提供了強(qiáng)大的浪涌電流保護(hù)。26V耐壓CC引腳在連接到不兼容的器件時(shí)，也能提供可靠的保護(hù)。

1.4 其他特性

TPS26750還具備10個(gè)可配置GPIO，支持BC1.2充電，提供3.3V LDO輸出，可在電池電量耗盡時(shí)提供支持。它通過(guò)3.3V或VBUS源供電，擁有1個(gè)I2C主要端口和1個(gè)I2C次級(jí)端口，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了豐富的接口選擇。

二、引腳配置與功能詳解

TPS26750采用RSM（QFN，32）封裝，其引腳配置涵蓋了多種功能。例如，ADCIN1和ADCIN2為配置輸入引腳，需將電阻分壓器連接到LDO_3V3；CC1和CC2是USB Type - C的I/O引腳，使用建議的電容器連接至GND以濾除噪聲；POWER_PATH_EN用于外部負(fù)載開(kāi)關(guān)的電源路徑啟用；GND引腳需連接地平面等。每個(gè)引腳都有其特定的功能和使用要求，工程師在設(shè)計(jì)時(shí)需嚴(yán)格按照數(shù)據(jù)手冊(cè)進(jìn)行連接和配置。

三、規(guī)格參數(shù)分析

3.1 絕對(duì)最大額定值

了解器件的絕對(duì)最大額定值對(duì)于確保其安全、可靠運(yùn)行至關(guān)重要。TPS26750的輸入和輸出電壓范圍、拉電流和灌電流等參數(shù)都有明確的限制，超出這些范圍可能會(huì)對(duì)器件造成永久損壞。例如，輸入電壓范圍中，PP5V為 - 0.3V至6V，VIN_3V3為 - 0.3V至4V等。

3.2 ESD等級(jí)

該器件的ESD等級(jí)在人體放電模型（HBM）下為±1000V，充電器件模型（CDM）下為±500V。這表明它在一定程度上具備抗靜電放電的能力，但在實(shí)際使用中，仍需采取適當(dāng)?shù)撵o電防護(hù)措施，以避免ESD對(duì)器件造成損害。

3.3 建議運(yùn)行條件

建議運(yùn)行條件規(guī)定了器件正常工作時(shí)的電壓、電流和溫度范圍。例如，輸入電壓范圍中，VIN_3V3為3.0V至3.6V，PP5V為4.9V至5.5V等；輸出電流方面，來(lái)自PP5V的VBUS最大為3A等。工程師在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)確保器件在這些建議條件下運(yùn)行，以保證其性能和可靠性。

3.4 推薦電容

推薦電容的選擇對(duì)于穩(wěn)定電源和信號(hào)至關(guān)重要。不同引腳的電容值和電壓額定值都有明確的要求，如VIN_3V3上的電容CVIN_3V3，電壓額定值為6.3V，最小值為5μF，標(biāo)稱值為10μF等。正確選擇和使用這些電容，可有效提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能。

四、功能模塊解析

4.1 USB - PD物理層

USB - PD消息通過(guò)BMC信令在USB Type - C系統(tǒng)內(nèi)發(fā)送。TPS26750的USB - PD物理層采用雙相標(biāo)記編碼（BMC），這是一種曼徹斯特編碼版本，幾乎是直流平衡的，具有有限的視差。發(fā)送器和接收器分別符合定義的USB - PD BMC TX和Rx掩碼，確保了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸。

4.2 電源管理

該器件由VIN_3V3或VBUS供電，正常情況下由VIN_3V3供電，為內(nèi)核3.3V電路和I/O供電。當(dāng)VIN_3V3電源不可用且VBUS供電時(shí)，即電池電量耗盡啟動(dòng)條件下，TPS26750會(huì)打開(kāi)VIN_3V3開(kāi)關(guān)，直到主機(jī)通過(guò)I2C清除電池電量耗盡標(biāo)志。內(nèi)部的上電復(fù)位（POR）電路會(huì)監(jiān)控每個(gè)電源，確保工作電路僅在電源正常時(shí)導(dǎo)通。

4.3 電源路徑

TPS26750具有內(nèi)部拉電流電源路徑PP_5V和PP_CABLE。PP_5V可持續(xù)傳導(dǎo)高達(dá)3A的電流，PP_CABLE可持續(xù)傳導(dǎo)高達(dá)315mA的電流。每個(gè)路徑都包含兩個(gè)背對(duì)背公共漏極N - FET，具有電流鉗位保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、UVLO保護(hù)和溫度檢測(cè)電路，確保了電源路徑的安全和穩(wěn)定。

4.4 電纜插拔和方向檢測(cè)

當(dāng)配置為源端時(shí)，TPS26750使用CC1和CC2引腳檢測(cè)電纜或接收端的連接狀態(tài)，并根據(jù)不同的連接情況采取相應(yīng)的操作，如為VBUS或VCONN供電等；當(dāng)配置為接收端時(shí)，會(huì)在每個(gè)CCy引腳上提供下拉電阻RSNK，并等待源端連接并上拉該引腳上的電壓；當(dāng)配置為DRP時(shí)，會(huì)在下拉電阻RSNK和上拉電流源IRp之間交替使用端口的CCy引腳。

4.5 其他功能

TPS26750還具備過(guò)壓保護(hù)、默認(rèn)行為配置、ADC、BC 1.2支持、數(shù)字接口等功能，這些功能相互協(xié)作，為USB Type - C和PD應(yīng)用提供了全面的解決方案。

五、應(yīng)用與實(shí)施要點(diǎn)

5.1 應(yīng)用信息

TPS26750適用于僅電源的USB PD應(yīng)用，如電源工具、移動(dòng)電源、零售自動(dòng)化和付款設(shè)備、無(wú)線揚(yáng)聲器、耳機(jī)等。初始器件配置可通過(guò)引導(dǎo)期間從外部EEPROM加載固件配置捆綁包進(jìn)行，該捆綁包可通過(guò)Web工具生成，以滿足特定應(yīng)用的需求。

5.2 典型應(yīng)用設(shè)計(jì)

5.2.1 可編程電源（PPS）

TPS26750支持可編程電源（PPS）拉電流和灌電流。當(dāng)作為供電方協(xié)商PPS合約時(shí)，會(huì)啟用高壓電源路徑，并與受支持的TI電池充電器進(jìn)行通信，以提供協(xié)商的電壓。根據(jù)PD 3.1規(guī)范，僅支持5V至21V范圍內(nèi)的PPS。

5.2.2 液體檢測(cè)

該器件支持使用內(nèi)置的內(nèi)部ADC和帶有外部電路的GPIO進(jìn)行液體檢測(cè)。當(dāng)檢測(cè)到液體時(shí)，會(huì)采取措施保護(hù)Type - C端口，使用嵌入式主機(jī)控制器的系統(tǒng)可利用主機(jī)接口進(jìn)行額外的通知和控制。

5.2.3 BC1.2應(yīng)用

TPS26750支持BC1.2檢測(cè)和廣播模式，可通過(guò)Web工具進(jìn)行配置，為數(shù)據(jù)端口應(yīng)用充電提供了支持。

5.2.4 USB數(shù)據(jù)支持

該器件支持高達(dá)USB 3.2第2代的數(shù)據(jù)速度，進(jìn)入U(xiǎn)SB枚舉時(shí)，使用GPIO控制來(lái)控制USB SuperSpeed多路復(fù)用器，確保數(shù)據(jù)的高速傳輸。

5.2.5 電力輸送EPR支持

為了使用TPS26750支持EPR，需要滿足一系列要求，如針對(duì)CC1/CC2和SBU1/SBU2提供VBUS短路保護(hù)，將EPR最大電壓降壓轉(zhuǎn)換為T(mén)PS26750 VBUS引腳的工作電壓范圍，以及對(duì)POWER_PATH_EN引腳進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換/緩沖等。

5.3 電源相關(guān)建議

在電源設(shè)計(jì)方面，VIN_3V3輸入是主電源，需連接建議電容CVIN_3V3；內(nèi)部電路由1.5V電源供電，1.5V LDO將電壓從LDO_3V3降至1.5V，需連接建議電容CLDO_1V5。同時(shí)，要根據(jù)不同電源的要求，合理選擇和放置電路板電容，確保電源的穩(wěn)定和可靠。

5.4 布局要點(diǎn)

適當(dāng)?shù)牟季€和放置對(duì)于保持高速信號(hào)的完整性和改善電源路徑的散熱至關(guān)重要。例如，建議使用適當(dāng)?shù)倪^(guò)孔尺寸和最小布線寬度，將去耦電容器盡可能靠近相應(yīng)引腳放置，避免布線寬度變化對(duì)I2C通信造成影響等。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師應(yīng)嚴(yán)格遵循布局指南，以提高系統(tǒng)的性能和可靠性。

六、總結(jié)與思考

TPS26750作為一款高度集成的USB Type - C和PD控制器，憑借其豐富的特性、強(qiáng)大的功能和良好的性能，為電子工程師在USB - C PD電源應(yīng)用設(shè)計(jì)中提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，我們?nèi)孕韪鶕?jù)具體的設(shè)計(jì)需求，合理選擇和配置器件的參數(shù)和功能，同時(shí)注意電源設(shè)計(jì)和布局的要點(diǎn)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。

在未來(lái)的設(shè)計(jì)中，隨著USB技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用場(chǎng)景的日益多樣化，我們可以思考如何進(jìn)一步挖掘TPS26750的潛力，使其更好地滿足不同用戶的需求。例如，如何優(yōu)化電源管理和保護(hù)機(jī)制，以提高系統(tǒng)的效率和安全性；如何利用其豐富的接口和功能，實(shí)現(xiàn)更多的創(chuàng)新應(yīng)用等。相信通過(guò)不斷的探索和實(shí)踐，我們能夠在USB - C PD領(lǐng)域取得更加出色的成果。