TUSB1002A：高性能 USB 3.2 轉接驅動器的設計與應用

引言

在當今數(shù)字化時代，高速數(shù)據(jù)傳輸需求不斷增長，USB 接口作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾獦蛄海湫阅艿奶嵘陵P重要。TUSB1002A 作為一款先進的雙通道 USB 3.2 x1 SuperSpeedPlus 轉接驅動器和信號調節(jié)器，以其卓越的性能和低功耗特性，在眾多電子設備中得到廣泛應用。本文將深入探討 TUSB1002A 的特性、應用場景以及設計要點，為電子工程師在實際設計中提供有價值的參考。

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一、TUSB1002A 特性剖析

1.1 高速傳輸支持

TUSB1002A 支持 USB3.2 x1 SuperSpeed (5Gbps) 和 SuperSpeedPlus (10Gbps)，同時兼容 PCI Express Gen3、SATA Express 和 SATA Gen3，為不同類型的高速數(shù)據(jù)傳輸提供了強大的支持。這使得它能夠適應多種應用場景，滿足不同設備的高速數(shù)據(jù)傳輸需求。

1.2 超低功耗架構

采用超低功耗架構是 TUSB1002A 的一大亮點。在斷開 U2、U3 時功耗小于 1.9mW，關斷時功耗小于 700μW。這種低功耗設計不僅有助于降低設備的整體功耗，延長電池續(xù)航時間，還能減少散熱問題，提高設備的穩(wěn)定性和可靠性。

1.3 可調節(jié)參數(shù)設置

它具有可調節(jié)電壓輸出擺幅線性范圍，高達 1200mVpp，并且擁有 16 種線性均衡設置，高達 16dB（10Gbps 時），還可調節(jié)直流均衡增益。這些可調節(jié)參數(shù)使得 TUSB1002A 能夠根據(jù)不同的應用場景和信號傳輸要求進行靈活配置，有效補償通道損失，提高信號傳輸?shù)馁|量和穩(wěn)定性。

1.4 兼容性與熱插拔支持

TUSB1002A 與 LVPE502A 和 LVPE512 USB 3.0 轉接驅動器、TUSB1002 轉接驅動器引腳對引腳兼容，方便工程師進行升級和替換。同時，它支持熱插拔功能，為設備的使用和維護提供了極大的便利。

1.5 寬溫度范圍與 ESD 保護

該器件具有商業(yè)級（0°C 至 70°C）和工業(yè)級（ -40°C 至 85°C）兩個版本，適用于不同的工作環(huán)境。此外，具備 ±5kV HBM ESD 保護，能夠有效防止靜電放電對器件造成損壞，提高了器件的可靠性和穩(wěn)定性。

1.6 封裝與供電

采用 4mm × 4mm VQFN 封裝，體積小巧，便于在 PCB 上進行布局。由 3.3V 單電源供電，簡化了電源設計，降低了系統(tǒng)成本。

二、應用場景廣泛

TUSB1002A 的應用場景十分廣泛，涵蓋了筆記本、臺式機、電視、平板電腦、手機、有源電纜和擴展塢等眾多電子設備。在這些設備中，TUSB1002A 能夠有效補償 USB 信號在 PCB 或電纜上傳輸時的通道損失，提高信號完整性，確保設備之間的高速穩(wěn)定數(shù)據(jù)傳輸。

三、詳細說明與工作原理

3.1 線性均衡器作用

TUSB1002A 實現(xiàn)了一款線性均衡器，最高可容許碼間串擾 (ISI) 引入 16dB 的損耗。當 USB 信號在傳輸過程中，由于通道損耗和碼間串擾的影響，信號完整性會有所降低。線性均衡器能夠對通道損失進行補償，延長通道傳輸距離，使系統(tǒng)符合 USB 規(guī)范。通過合理配置線性均衡設置，可以有效改善信號質量，確保數(shù)據(jù)的準確傳輸。

3.2 低功耗模式支持

該器件支持 USB3.2 低功耗模式，可進一步降低空閑狀態(tài)下的功耗。在設備處于空閑狀態(tài)時，TUSB1002A 能夠自動進入低功耗模式，減少不必要的能量消耗，提高設備的能源利用效率。

3.3 引腳配置與功能

TUSB1002A 通過多個引腳實現(xiàn)各種功能的配置。例如，CH1_EQ1 和 CH1_EQ2 等引腳用于控制 Rx EQ 水平，提供多達 16 種均衡設置；CFG1 和 CFG2 引腳可用于調整輸出電壓擺幅線性范圍和接收器均衡 DC 增益；MODE 引腳用于選擇不同的工作模式，如 USB3.2 雙通道操作、單通道操作、PCIe/SATA/SATA Express 轉接驅動器操作和基本轉接驅動器操作等。這些引腳的靈活配置使得 TUSB1002A 能夠適應不同的應用需求，為工程師提供了更多的設計選擇。

四、設計要點與注意事項

4.1 絕對最大額定值與推薦工作條件

在設計過程中，必須嚴格遵守 TUSB1002A 的絕對最大額定值，如控制引腳電壓、存儲溫度等。同時，要確保器件在推薦工作條件下運行，包括環(huán)境溫度、電源電壓、電源噪聲等參數(shù)，以保證器件的性能和可靠性。

4.2 電氣特性與參數(shù)設置

了解 TUSB1002A 的電氣特性，如不同工作模式下的功耗、輸入輸出電壓范圍、阻抗等參數(shù)，對于合理設計電路至關重要。例如，在選擇線性范圍和 DC 增益時，需要根據(jù)實際應用場景和信號要求進行配置，以獲得最佳的信號傳輸效果。

4.3 布局與布線要求

在 PCB 布局和布線時，需要遵循一定的規(guī)則。例如，路由 RXP/N 和 TXP/N 對時，要保持 90Ω 差分阻抗（±15%），避免與其他高速信號相互干擾；保持 intra-pair 布線在 2mils 以內，減少長度匹配誤差；盡量減少差分走線中的彎曲，保持左右彎曲數(shù)量相等，彎曲角度 ≥ 135 度，以降低 EMI 影響；控制 VIAS 數(shù)量在 2 個或更少，避免路由差分對跨越平面分割等。合理的布局和布線能夠有效提高信號質量，減少信號干擾和損耗。

4.4 ESD 保護

由于靜電放電 (ESD) 可能會損壞 TUSB1002A，因此在設計中需要考慮 ESD 保護措施。建議選用合適的 ESD 組件，并遵循 ESD 保護推薦參數(shù)，如擊穿電壓、I/O 線電容、鉗位電壓等。必要時，可在每個差分引腳添加 (R_{ESD}) 電阻，以增強 ESD 保護效果。

五、典型應用案例分析

5.1 USB3.2 應用

在 USB3.2 x1 主機應用中，TUSB1002A 可以補償通道損失，提高信號完整性。例如，在一個具體的設計案例中，根據(jù)通道的插入損耗，合理配置 CH1_EQ[2:1] 和 CH2EQ[2:1] 引腳的均衡設置，以匹配通道損耗。同時，根據(jù)輸入 (V{ID}) 的情況，選擇合適的 DC 增益，確保 (V{OD}) 在 USB 3.2 定義的范圍內。在 ESD 保護方面，遵循相關推薦，選擇合適的 ESD 組件和 (R{ESD}) 電阻，保障器件的安全運行。

5.2 SATA、PCIe 和 SATA Express 應用

在 SATA、PCIe 和 SATA Express 應用中，TUSB1002A 同樣發(fā)揮著重要作用。當 MODE 引腳設置為 “R”，CFG1 引腳設置為 “0”，CFG2 引腳設置為 “0” 時，器件進入 PCIe 模式。在這種模式下，需要注意 AC 耦合電容的選擇和使用，對于支持 SATA 的應用，需要添加 ferrite bead 和 49.9Ω 電阻，以解決 SATA 設備接收器終端檢測問題。同時，根據(jù)通道損耗情況，合理配置 CH1_EQ[2:1] 和 CH2_EQ[2:1] 引腳的均衡設置，確保信號的穩(wěn)定傳輸。

六、總結與展望

TUSB1002A 作為一款高性能的 USB 3.2 轉接驅動器，憑借其高速傳輸能力、超低功耗架構、可調節(jié)參數(shù)設置和廣泛的兼容性等優(yōu)點，在電子設備領域具有廣闊的應用前景。電子工程師在設計過程中，需要充分了解其特性和設計要點，合理配置參數(shù)，優(yōu)化布局和布線，采取有效的 ESD 保護措施，以確保設備的性能和可靠性。隨著科技的不斷發(fā)展，相信 TUSB1002A 將會在更多的應用場景中發(fā)揮重要作用，為高速數(shù)據(jù)傳輸提供更加穩(wěn)定和高效的解決方案。各位工程師在實際應用中，是否遇到過類似器件的設計挑戰(zhàn)呢？歡迎分享您的經(jīng)驗和見解。