TUSB1004 USB 3.2 10Gbps 四通道自適應線性轉(zhuǎn)接驅(qū)動器：設(shè)計與應用全解析

在當今高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r代，USB 接口作為設(shè)備間數(shù)據(jù)交互的重要橋梁，其性能的提升至關(guān)重要。TUSB1004 作為一款 10Gbps USB 3.2 四通道線性轉(zhuǎn)接驅(qū)動器，為 USB Type - A 應用帶來了新的解決方案。本文將深入剖析 TUSB1004 的特性、應用及設(shè)計要點，希望能為電子工程師們在實際設(shè)計中提供有價值的參考。

文件下載：tusb1004.pdf

特性亮點

高速傳輸支持

TUSB1004 支持 USB 3.2 的 5Gbps 和 10Gbps 傳輸速率，擁有兩個獨立的 USB 3.2 端口。這使得它能夠滿足不同設(shè)備對高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨螅瑹o論是傳輸大文件還是進行實時數(shù)據(jù)交互，都能游刃有余。同時，它還支持 USB 3.2 的低功耗狀態(tài)，如斷開、U1、U2 和 U3，有效降低了設(shè)備在非工作狀態(tài)下的功耗。

創(chuàng)新的電源管理

其高級 USB 電源管理功能表現(xiàn)出色。在有效狀態(tài)下，功耗典型值為 550mW；斷開狀態(tài)下，功耗僅為 1.7mW；而在禁用狀態(tài)（EN = L）時，功耗更是低至 0.130mW。這種低功耗設(shè)計不僅有助于延長設(shè)備的續(xù)航時間，還能減少散熱問題，提高設(shè)備的穩(wěn)定性。

自適應接收器均衡

TUSB1004 具備創(chuàng)新的自適應接收器均衡（AEQ）功能。該功能會自動確定 TUSB1004 和插入 USB 連接器的 USB 器件之間的最優(yōu) ISI 補償設(shè)置，從而提高互操作性。在 5GHz 下，它擁有 16 種 EQ 設(shè)置，高達 12dB 的調(diào)節(jié)范圍，可根據(jù)不同的應用場景進行自適應或固定接收器均衡的選擇。

靈活的驅(qū)動器配置

對于面向系統(tǒng)的端口，TUSB1004 可選擇線性或限幅轉(zhuǎn)接驅(qū)動器（SSRX 1/2 變送器）。低于 1V VTX - CM 和 VRX - CM 可通過 I2C 或引腳搭接進行配置，并且可以在 1.8V 或 3.3V I2C 電平之間進行選擇。這種靈活性使得它能夠適應不同的系統(tǒng)設(shè)計需求。

應用場景

TUSB1004 適用于多種設(shè)備，如筆記本電腦和臺式機的擴展塢。在這些應用中，它能夠有效地解決 USB 信號傳輸過程中的衰減和干擾問題，提高信號的質(zhì)量和穩(wěn)定性，從而確保設(shè)備之間的可靠通信。

引腳配置與功能

TUSB1004 采用 40 引腳 WQFN 封裝，每個引腳都有其特定的功能。例如，VCC 引腳提供 3.3V 電源；SSEQ1/A1 引腳在 I2C 模式下用于選擇 7 位 I2C 目標地址，在引腳搭接模式下用于選擇接收器 EQ；EQCFG 引腳在引腳搭接模式下控制 CEQ[1:0] 引腳和 SSEQ(1:0) 的使用方式等。詳細的引腳功能表為工程師們在設(shè)計電路時提供了明確的指導。

規(guī)格參數(shù)

絕對最大額定值

了解器件的絕對最大額定值對于確保其正常工作和可靠性至關(guān)重要。TUSB1004 的電源電壓范圍為 - 0.3V 至 4V，任何輸入或輸出引腳的電壓范圍也有明確的限制。此外，不同型號的最大結(jié)溫也有所不同，TUSB1004 為 105℃，TUSB1004I 為 125℃。在設(shè)計時，必須嚴格遵守這些參數(shù)，避免超出范圍導致器件損壞。

ESD 額定值

靜電放電（ESD）是電子設(shè)備面臨的一個常見問題，TUSB1004 具有一定的 ESD 防護能力。其人體模型（HBM）的 ESD 額定值為 + 2000V，帶電設(shè)備模型（CDM）為 ± 1500V。在實際應用中，還需要采取適當?shù)?ESD 保護措施，以確保器件的安全性。

推薦工作條件

為了使 TUSB1004 能夠穩(wěn)定工作，推薦的工作條件包括電源電壓、溫度范圍等。例如，主電源 Vcc 的推薦范圍為 3.0V 至 3.6V，TUSB1004 的工作溫度范圍為 0℃ 至 70℃，TUSB1004I 為 - 40℃ 至 85℃。在設(shè)計電源和散熱系統(tǒng)時，應充分考慮這些參數(shù)。

電源特性

TUSB1004 在不同工作狀態(tài)下的電源特性也有所不同。如在 USB 數(shù)據(jù)傳輸時，平均活動功率會根據(jù)端口數(shù)量和傳輸速率的不同而變化；在無連接或處于低功耗狀態(tài)時，功耗則會顯著降低。了解這些電源特性有助于優(yōu)化系統(tǒng)的功耗設(shè)計。

詳細設(shè)計與應用

設(shè)計要求

在進行 TUSB1004 的設(shè)計時，需要考慮多個參數(shù)。例如，10Gbps USB 3.2 預通道和后通道的 PCB 走線長度、AC 電容器與 TUSB1004 的距離、ESD 組件與 USB 插座的距離等。合理的設(shè)計參數(shù)選擇能夠確保信號的質(zhì)量和穩(wěn)定性。

詳細設(shè)計步驟

1. USB SSTX1/2 接收器配置：需要了解預通道的插入損耗（SDD21），并根據(jù)其在 5GHz 下的損耗水平設(shè)置 SSEQ[1:0] 引腳或 SSEQ2_SEL 和 SSEQ1_SEL 寄存器。一般來說，F(xiàn)R4 走線在 5GHz 下的插入損耗約為 - 1dB 每英寸，可根據(jù)此規(guī)則進行配置。
2. USB CRX1/2 接收器配置
   • 固定均衡：在固定 EQ 操作中，建議將 CEQ[1:0] 引腳或 CEQ1_SEL 和 CEQ2_SEL 寄存器設(shè)置為比后通道損耗高約 4dB 至 5dB。例如，若后通道為 0.5 英寸，在 5GHz 下按 - 1dB 每英寸計算，應將其設(shè)置為 4.5 至 5.5dB。同時，建議進行 USB 3.1 Rx JTOL 長通道和短通道測試，以優(yōu)化設(shè)置。
   • 全自適應均衡：在全 AEQ 模式下，TUSB1004 會自動確定最佳設(shè)置，無論通道長短。在引腳搭接模式下，全 AEQ 基于 AEQENZ 引腳的狀態(tài)啟用；在 I2C 模式下，默認啟用。
   • 快速自適應均衡：快速 AEQ 僅在 I2C 模式下可用，它能夠區(qū)分短通道和長通道，并根據(jù)檢測到的通道選擇預定義的 EQ 設(shè)置。建議將短通道的 EQ 設(shè)置編程為比后通道損耗高約 1dB 至 2dB，并進行相應的測試以優(yōu)化設(shè)置。

ESD 保護

為了保護 TUSB1004 免受靜電放電的影響，可能需要添加 ESD 組件。推薦的 ESD 二極管應具有合適的擊穿電壓、IO 線電容、鉗位電壓等特性。同時，還給出了一些推薦的 ESD 保護組件型號及其相關(guān)參數(shù)。

電源供應建議

TUSB1004 設(shè)計為使用 3.3V 電源供電。如果使用更高電壓的系統(tǒng)電源，需要使用電壓調(diào)節(jié)器將電壓降至 3.3V。為了減少噪聲和提高電源完整性，應在每個電源引腳使用 0.1μF 的去耦電容器，并將其盡可能靠近電源引腳放置。此外，還建議使用一個 1μF 至 10μF 的大容量電容器。

布局指南

合理的布局對于高速信號的傳輸至關(guān)重要。在布局時，SSTX1P/N、SSRX1P/N 等差分對應采用受控 90 - Ω 差分阻抗（± 10%）進行布線；避免與其他高速信號相互干擾；差分對內(nèi)的 P 和 N 走線長度差應小于 5 密耳；盡量減少差分走線的彎曲，彎曲角度應≥ 135 度；差分對應在同一層布線，減少過孔數(shù)量等。

總結(jié)

TUSB1004 作為一款高性能的 USB 3.2 四通道線性轉(zhuǎn)接驅(qū)動器，具有諸多優(yōu)秀的特性和廣泛的應用場景。在設(shè)計過程中，工程師們需要充分了解其特性、規(guī)格參數(shù)和應用要求，合理進行電路設(shè)計和布局，以確保設(shè)備的性能和可靠性。同時，要注意 ESD 保護和電源管理，避免因靜電放電和電源問題導致器件損壞。希望本文能夠為電子工程師們在使用 TUSB1004 進行設(shè)計時提供有益的參考。大家在實際應用中遇到過哪些問題呢？又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。