汽車級 USB 高速信號調(diào)節(jié)器 TUSB216-Q1 的技術(shù)解析與應(yīng)用指南

在當今的電子設(shè)備中，USB 接口的應(yīng)用極為廣泛，而高速穩(wěn)定的信號傳輸對于設(shè)備的性能至關(guān)重要。TUSB216-Q1 作為一款汽車級 USB 高速信號調(diào)節(jié)器，為解決 USB 高速信號傳輸中的問題提供了有效的解決方案。本文將深入解析 TUSB216-Q1 的特性、應(yīng)用及相關(guān)設(shè)計要點。

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特性亮點

高兼容性與穩(wěn)定性

TUSB216-Q1 符合面向汽車應(yīng)用的 AEC-Q100 標準，器件溫度等級 2 為 -40°C 至 105°C，具有 2.3V 至 6.5V 的寬電源電壓范圍，超低 USB 斷開和關(guān)斷功耗，確保了在復(fù)雜汽車環(huán)境下的穩(wěn)定運行。它與 USB 2.0、OTG 2.0 和 BC 1.2 兼容，支持低速、全速和高速信號傳輸，集成了 BC 1.2 CDP 電池充電控制器，且主機或器件無關(guān)，為系統(tǒng)設(shè)計提供了極大的便利。

信號調(diào)節(jié)與補償

該器件采用專利設(shè)計，通過邊緣加速器加速 USB 2.0 高速信號的傳輸邊緣，并通過直流升壓功能提高靜態(tài)電平。它還具有預(yù)均衡功能，可提高接收器的靈敏度并補償較長線纜應(yīng)用中的碼間串擾（ISI）抖動，支持長達 5m 的電纜，通過外部下拉電阻器值可實現(xiàn)四種可選的信號增強設(shè)置，通過上拉或下拉可實現(xiàn)三種可選的 RX 靈敏度設(shè)置，以補償高損耗應(yīng)用中的 ISI 抖動，支持長達 10m 的電纜和兩臺 TUSB216-Q1 器件的可擴展解決方案，器件可通過菊花鏈連接用于高損耗應(yīng)用。

應(yīng)用場景

汽車電子系統(tǒng)

在汽車信息娛樂系統(tǒng)與儀表組、汽車音響主機等應(yīng)用中，TUSB216-Q1 可幫助系統(tǒng)通過 USB 2.0 高速近端眼圖合規(guī)性測試，確保 USB 高速信號的穩(wěn)定傳輸，為用戶提供更好的多媒體體驗。

有源電纜與擴展器

對于需要長距離傳輸 USB 信號的有源電纜和電纜擴展器，TUSB216-Q1 能夠有效補償信號損失，保證信號質(zhì)量，支持設(shè)備的正常通信。

器件比較

與 TUSB211A、TUSB212、TUSB214 和 TUSB217A 相比，TUSB216-Q1 在電源范圍、信號增強和 RX 靈敏度設(shè)置等方面具有獨特的優(yōu)勢。它的電源范圍為 2.3V 至 6.5V，與 TUSB211A 和 TUSB217A 相同，且具有與 AC 升壓串聯(lián)的 DC 升壓功能，以及 3 級 RX 預(yù)均衡功能，可更好地適應(yīng)不同的應(yīng)用場景。

引腳配置與功能

TUSB216-Q1 的引腳功能豐富，不同引腳具有不同的作用。例如，BOOST 引腳可通過外部下拉電阻選擇 USB 高速升壓級別，在非 I2C 模式下，邊緣升壓和直流升壓由單個引腳控制，在 I2C 模式下可單獨控制；CDP_ENZ 引腳可設(shè)置為低電平以啟用 BC 1.2 CDP 控制器。

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正確使用器件至關(guān)重要。TUSB216-Q1 的電源電壓范圍為 -0.3V 至 7V，USB 數(shù)據(jù)電壓范圍為 -0.3V 至 5.5V 等，超出這些范圍可能會導(dǎo)致器件永久損壞。

ESD 評級

該器件的人體模型（HBM）靜電放電評級為 +2000V，帶電設(shè)備模型（CDM）評級為 ±750V，具有一定的抗靜電能力，但在使用過程中仍需注意靜電防護。

推薦工作條件

為確保器件的正常工作和性能，推薦的工作條件包括電源電壓 2.3V 至 6.5V、工作溫度 -40°C 至 105°C 等，在設(shè)計時應(yīng)嚴格遵循這些條件。

電氣特性

TUSB216-Q1 的電氣特性涵蓋了各種工作模式下的電流、電壓和電容等參數(shù)。例如，在高速活動模式下，其電流為 22 至 36mA；在關(guān)機模式下，功耗為 60 至 115μA。

開關(guān)特性和時序要求

開關(guān)特性和時序要求對于保證信號的準確傳輸至關(guān)重要。TUSB216-Q1 的 USB 信號位速率為 480Mbps，上升/下降時間為 100ps 等，同時對電源上電時序、I2C 時序等也有明確的要求。

詳細描述

功能概述

TUSB216-Q1 旨在補償傳輸通道中的 ISI 信號損失，對 USB 低速和全速信號的特性無影響，僅對高速信號進行補償。它通過外部電阻實現(xiàn)可編程信號增益，可微調(diào)設(shè)備性能以優(yōu)化信號，還可通過外部上拉和下拉電阻調(diào)整 RX 靈敏度，以克服電纜中的衰減。

功能框圖和特性描述

其功能框圖展示了各個模塊的組成和連接方式。高速升壓功能通過邊緣升壓和直流升壓的組合，提高了 USB2.0 高速信號的眼寬，且與 OTG 系統(tǒng)兼容；RX 靈敏度可通過 RX_SEN 引腳進行設(shè)置，以適應(yīng)不同的系統(tǒng)通道損失。

設(shè)備功能模式

TUSB216-Q1 具有多種功能模式，包括低速（LS）模式、全速（FS）模式、高速（HS）模式、高速下游端口電氣合規(guī)測試模式、關(guān)機模式和 I2C 模式等。在不同模式下，器件的信號補償和引腳狀態(tài)有所不同。

寄存器配置

TUSB216-Q1 支持通過 I2C 進行設(shè)備配置、狀態(tài)讀取和測試，可訪問多個寄存器，如 EDGE_BOOST 寄存器、CONFIGURATION 寄存器、DC_BOOST 寄存器和 RX_SEN 寄存器等，通過對這些寄存器的配置可實現(xiàn)不同的功能。

應(yīng)用與實現(xiàn)

應(yīng)用信息和典型應(yīng)用

TUSB216-Q1 的主要目的是恢復(fù) USB 高速通道至 USB 連接器的信號完整性，可幫助系統(tǒng)通過 USB 近端眼圖測試。典型應(yīng)用中，D2P 和 D2M 面向 USB 連接器，D1P 和 D1M 面向 USB 主機，其方向可根據(jù)需求進行調(diào)整。

設(shè)計要求和詳細設(shè)計程序

設(shè)計時，TUSB216-Q1 需要有效的復(fù)位信號，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的損耗情況選擇合適的 BOOST 和 RX 靈敏度設(shè)置。理想的 BOOST 設(shè)置取決于目標平臺的信號鏈損耗特性，建議從 BOOST 級別 0 開始逐步調(diào)整；RX 靈敏度設(shè)置也應(yīng)根據(jù)實際情況進行調(diào)整，且為了使器件識別 BOOST 設(shè)置的變化，需要對 RSTN 引腳進行切換。

測試程序和應(yīng)用曲線

在構(gòu)建 USB 高速眼圖時，需要遵循特定的測試程序，使用 USB-IF 開發(fā)的測試夾具和 SMA 電纜。應(yīng)用曲線展示了不同電纜長度和 BOOST、RX 靈敏度設(shè)置下的信號傳輸情況，為設(shè)計提供了參考。

電源供應(yīng)建議和布局指南

電源上電時，RSTN 引腳和電源斜坡的相互作用可能導(dǎo)致數(shù)字電路設(shè)置不正確，因此在電源斜坡穩(wěn)定到最小推薦電源電壓或更高之前，不應(yīng)啟用器件。布局時，建議保持 90Ω 差分路由，以實現(xiàn)最佳的阻抗控制。

設(shè)備和文檔支持

文檔更新通知和支持資源

用戶可通過導(dǎo)航至 ti.com 上的器件產(chǎn)品文件夾，點擊通知進行注冊，以接收文檔更新通知。TI E2E? 中文支持論壇為工程師提供了重要的參考資料，可直接從專家處獲得快速、經(jīng)過驗證的解答和設(shè)計幫助。

靜電放電警告和術(shù)語表

靜電放電（ESD）會損壞集成電路，使用時應(yīng)采取適當?shù)念A(yù)防措施。TI 術(shù)語表列出并解釋了相關(guān)術(shù)語、首字母縮略詞和定義，幫助用戶更好地理解文檔內(nèi)容。

總結(jié)

TUSB216-Q1 作為一款高性能的汽車級 USB 高速信號調(diào)節(jié)器，具有豐富的特性和功能，可廣泛應(yīng)用于汽車電子和其他需要長距離 USB 信號傳輸?shù)念I(lǐng)域。在設(shè)計過程中，工程師應(yīng)充分了解其規(guī)格參數(shù)、引腳功能和應(yīng)用要求，合理選擇設(shè)置，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和信號質(zhì)量。同時，要注意遵循相關(guān)的測試程序和布局指南，避免靜電放電等問題對器件造成損壞。你在使用 TUSB216-Q1 過程中遇到過哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。