TUSB2E11 USB 2.0 - eUSB2 中繼器：特性、應(yīng)用與設(shè)計要點(diǎn)

在當(dāng)今的電子設(shè)備中，USB 接口的應(yīng)用無處不在。而 TUSB2E11 作為一款 USB 2.0 - eUSB2 中繼器，為 USB 信號的傳輸提供了可靠的解決方案。本文將詳細(xì)介紹 TUSB2E11 的特性、應(yīng)用場景以及設(shè)計過程中的注意事項。

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一、TUSB2E11 關(guān)鍵特性

兼容性與信號處理

TUSB2E11 兼容 USB 2.0 和 eUSB2（1.2 版），支持低速、全速、高速信令，并且具有 20ps 卓越高速總抖動的出色表現(xiàn)。這意味著它能夠在不同的信號速率下穩(wěn)定工作，為數(shù)據(jù)傳輸提供了高質(zhì)量的保障。同時，它還具備寄存器訪問協(xié)議接收器功能，支持主機(jī)和器件模式，是一款雙重角色器件。

配置靈活性

該器件提供了多種配置選項。它可以通過自動檢測 I2C 或自舉引腳選項進(jìn)行配置。其中，三個自舉引腳用于 USB 2.0 高速通道補(bǔ)償設(shè)置，而 I2C 器件接口則支持更多的配置方式，滿足了不同應(yīng)用場景的需求。

器件變體與功能支持

TUSB2E11 有不同的器件變體，包括 eUSB2 1.0V 或 1.2V 信令接口，適用于不同產(chǎn)品外形尺寸的 eUSB2 布線損耗補(bǔ)償水平。它還支持 1.2V 或 1.8V I2C 接口，以及可選電池充電和檢測功能，如 BC 1.2 CDP 或 DCP 分頻器模式廣播，并且支持?jǐn)?shù)據(jù)感知 USB Type - C? 兼容 BC 1.2 SDP、CDP 和 DCP 分頻器模式檢測，以及充電器廣播或檢測之間的雙重角色自動切換。此外，它還支持 CTA - 936 USB Carkit UART，支持自動恢復(fù) ECR 以及 L2 中斷恢復(fù)模式，同時提供可選 GPIO，如中斷 GPIO2、調(diào)試、I2C ? GPIO0/1，方便用戶進(jìn)行調(diào)試和控制。

二、應(yīng)用場景廣泛

TUSB2E11 的應(yīng)用場景非常廣泛，涵蓋了筆記本電腦、臺式機(jī)、手機(jī)、平板電腦、可穿戴設(shè)備以及便攜式電子產(chǎn)品等。在這些設(shè)備中，它可以有效地解決 USB 信號傳輸過程中的問題，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性。

三、詳細(xì)說明與技術(shù)要點(diǎn)

工作模式與功能

TUSB2E11 支持器件和主機(jī)模式，能夠處理 USB 低速（LS）、全速（FS）和高速（HS）信號。它采用了多項專利設(shè)計，具有強(qiáng)大的互操作性、性能和電源管理能力。對于沒有 I2C 接口的系統(tǒng)，它提供了 8 個單獨(dú)的設(shè)置，帶有三個適用于高達(dá) 20Ω 的 USB 2.0 通道等效串聯(lián)電阻（ESR）的自舉引腳。同時，器件變體可用于高達(dá) 10 英寸的不同級別的 eUSB2 布線長度補(bǔ)償。I2C 接口則可以提高靈活性，支持微調(diào)器件的 RX 均衡性和 TX 振幅、壓擺率和預(yù)加重，以通過電氣合規(guī)性測試并補(bǔ)償通道損耗。

引腳配置與功能

TUSB2E11 的引腳配置豐富多樣，不同的引腳具有不同的功能。例如，VDD3V3 和 VDD1V8 分別提供 3.3V 和 1.8V 電源電壓，VSS 為接地引腳。RESETB 為有源低電平復(fù)位引腳，在釋放該引腳后，中繼器將被啟用并進(jìn)入 eUSB2 默認(rèn)模式，等待來自 eDSPr 或 eUSPr 的配置。SCL 和 SDA 用于 I2C 通信，不同的電平組合可以實現(xiàn)不同的工作模式。GPIO0、GPIO1 和 GPIO2 則具有多種功能，如在不同模式下用于 USB PHY 調(diào)諧、電池充電器檢測、UART 模式控制等。

電氣特性與性能指標(biāo)

在電氣特性方面，TUSB2E11 具有明確的參數(shù)要求。例如，在電源方面，不同模式下的功率消耗有不同的最大值。在數(shù)字輸入輸出方面，不同變體的高低電平輸入輸出電壓也有相應(yīng)的規(guī)定。在 USB 和 eUSB2 相關(guān)的參數(shù)方面，如阻抗、電容、輸出電平、輸入靈敏度等也都有具體的數(shù)值范圍。這些參數(shù)為設(shè)計人員在進(jìn)行電路設(shè)計時提供了重要的參考依據(jù)。

工作模式詳細(xì)介紹

• 中繼器模式：在該模式下，TUSB2E11 能夠重復(fù)高速數(shù)據(jù)包，但在處理過程中會有一定的規(guī)則。例如，從 eUSB2 到 USB 2.0 或從 USB 2.0 到 eUSB2 重復(fù)高速數(shù)據(jù)包時，HS SOP 最多可截斷 4UI，并且在不同方向上引入的隨機(jī) dribble 比特數(shù)量也有所不同。
• 電源關(guān)閉模式：通過將 RESETB 引腳置為低電平，可以將器件置于最低功耗模式。
• 禁用模式：通過 I2C 設(shè)置 DISABLE 位，可以禁用中繼器。
• UART 模式：在 I2C 模式下，GPIO0 可用于控制 Carkit UART 模式。當(dāng) APU 或 SoC 未上電或固件未加載時，GPIO0 為低電平，啟用 UART 模式，允許通過 USB 端口訪問 APU 或 SoC 調(diào)試接口。
• 自動恢復(fù) ECR 模式：該模式下，TUSB2E11 在 L1/L2 模式下支持可選的主機(jī)中繼器自動恢復(fù)功能，通過在 D + /D - 驅(qū)動 Resume K 信號，直到從 eDSPr 接收到 SOResume 信號。
• L2 狀態(tài)中斷模式：包括遠(yuǎn)程喚醒中斷和斷開連接事件中斷模式。在遠(yuǎn)程喚醒中斷模式下，當(dāng)檢測到 UDSP 上的遠(yuǎn)程喚醒信號時，會驅(qū)動 D + /D - 上的 Resume K 信號；在斷開連接事件中斷模式下，當(dāng)檢測到 USB 2.0 上的 SE0 信號時，會觸發(fā)中斷。
• 附件檢測中斷模式：當(dāng)啟用附件檢測功能時，TUSB2E11 會發(fā)出中斷事件，而不是在 eUSB2 上發(fā)出附件信號。
• GPIO 模式：GPIO0、GPIO1 和 GPIO2 在不同的工作模式下具有不同的功能。例如，GPIO0 可以用于 UART 模式控制、輸入輸出狀態(tài)檢測等；GPIO1 可用于電池充電器檢測控制；GPIO2 可用于提供中斷輸出或作為電池充電器檢測指示器。
• USB 2.0 高速主機(jī)斷開檢測模式：由于 USB 2.0 規(guī)范在斷開連接時對高速輸出差分?jǐn)[幅沒有明確規(guī)定，因此需要調(diào)整 HS 主機(jī)斷開閾值，以避免誤斷開和無法檢測到斷開的情況。
• 基于幀的低功耗模式：該模式下，TUSB2E11 會在每個高速微幀內(nèi)監(jiān)測空閑條件。如果總線空閑時間超過 FRAME_LP_OFF_THRESHOLD，則進(jìn)入低功耗狀態(tài)，直到下一個 μSOF 開始。該功能默認(rèn)啟用，可通過清除相應(yīng)的寄存器位來禁用。
• 電池充電模式：TUSB2E11 支持標(biāo)準(zhǔn) USB 電池充電規(guī)范 1.2（BC1.2）以及分頻器模式和 1.2V DCP 專有充電協(xié)議。在不同的配置模式下，它可以實現(xiàn)充電器廣告和充電器檢測功能。

四、設(shè)計與應(yīng)用注意事項

電源設(shè)計

在電源設(shè)計方面，TUSB2E11 沒有 VDD3V3 和 VDD1V8 之間的電源供應(yīng)順序要求，但需要確保 VDD3V3 和 VDD1V8 達(dá)到最小供應(yīng)電壓的最大斜坡時間為 2ms。同時，在電源設(shè)計中要考慮到器件從低功耗模式轉(zhuǎn)換到活動模式時的最大瞬態(tài)電流，確保系統(tǒng)電源設(shè)計有足夠的大容量電容。

布局設(shè)計

在布局設(shè)計方面，需要遵循一系列的原則。例如，將電源旁路電容盡可能靠近 VDD1V8 和 VDD3V3 引腳放置，避免靠近 eDP/eDN 和 DP/DN 走線；高速 USB 信號走線應(yīng)盡量減少過孔和拐角的使用，以減少信號反射和阻抗變化；在需要轉(zhuǎn)彎時，使用兩個 45° 轉(zhuǎn)彎或弧形代替 90° 轉(zhuǎn)彎；避免在晶體、振蕩器、時鐘信號發(fā)生器等附近布線；避免高速 USB 信號上出現(xiàn)短截線；所有高速 USB 信號走線應(yīng)覆蓋連續(xù)的 GND 平面，避免跨越抗蝕刻區(qū)域；由于 USB 信號頻率較高，建議使用至少四層的印刷電路板。

測試與優(yōu)化

在設(shè)計過程中，最佳的 PHY 設(shè)置取決于目標(biāo)平臺的信號鏈損耗特性。建議從最低的 TX 擺幅和預(yù)加重補(bǔ)償水平開始，逐步增加直到達(dá)到最佳的眼圖余量。對于 RX 靈敏度或靜噪閾值設(shè)置，也應(yīng)從低閾值開始調(diào)整，直到達(dá)到最佳的 RX 靈敏度和靜噪余量。同時，要調(diào)整 HS 主機(jī)斷開閾值，以提供最大的余量，避免誤斷開和無法檢測到斷開的情況。

TUSB2E11 作為一款功能強(qiáng)大的 USB 2.0 - eUSB2 中繼器，在電子設(shè)備的 USB 信號傳輸中具有重要的應(yīng)用價值。通過了解其特性、應(yīng)用場景和設(shè)計要點(diǎn)，電子工程師可以更好地利用這款器件，設(shè)計出更加穩(wěn)定、可靠的電路系統(tǒng)。在實際應(yīng)用中，你是否遇到過類似器件在信號處理或電源管理方面的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。