TUSB564：USB Type-C DP交替模式的高效解決方案

在當今的電子設(shè)備中，高速數(shù)據(jù)傳輸和多模式支持變得越來越重要。TUSB564作為一款VESA USB Type-C交替模式轉(zhuǎn)接驅(qū)動開關(guān)，為USB 3.1和DisplayPort數(shù)據(jù)傳輸提供了強大的支持。本文將深入探討TUSB564的特性、應(yīng)用、工作原理以及設(shè)計要點，幫助電子工程師更好地理解和應(yīng)用這款器件。

文件下載：tusb564.pdf

一、TUSB564概述

TUSB564是德州儀器（TI）推出的一款用于USB Type-C接口的交叉點開關(guān)，支持高達5Gbps的USB 3.1第1代數(shù)據(jù)傳輸速率以及高達8.1Gbps的DisplayPort 1.4數(shù)據(jù)傳輸速率（HBR3）。它以USB Type-C標準的VESA DisplayPort交替模式進行UFP_D引腳分配C、D和E，適用于多種應(yīng)用場景，如監(jiān)控器、HDTV、投影儀和擴展塢等。

特性亮點

• 超低功耗架構(gòu)：在不同工作模式下都能實現(xiàn)較低的功耗，如在關(guān)機模式下平均功耗僅為0.7mW，有助于延長設(shè)備的電池續(xù)航時間。
• 線性轉(zhuǎn)接驅(qū)動器：具有高達12dB的均衡功能，能夠有效補償線纜或電路板走線損耗產(chǎn)生的碼間串擾（ISI），確保信號的穩(wěn)定傳輸。
• 自動LFPS去加重控制：滿足USB 3.1認證要求，保證了設(shè)備的兼容性和穩(wěn)定性。
• 可配置性：可通過GPIO或I2C進行配置，方便工程師根據(jù)不同的應(yīng)用需求進行靈活設(shè)置。
• 熱插拔支持：支持熱插拔功能，提高了設(shè)備的使用便利性。

應(yīng)用場景

TUSB564的應(yīng)用非常廣泛，主要包括以下幾個方面：

• 監(jiān)控器和HDTV：實現(xiàn)USB 3.1和DisplayPort信號的高效傳輸，提供清晰的圖像和高速的數(shù)據(jù)交互。
• 投影儀：支持高分辨率的視頻輸出，滿足大型會議和演示的需求。
• 擴展塢：為筆記本電腦等設(shè)備提供更多的接口擴展，如USB、DisplayPort等，增強設(shè)備的功能。

二、工作原理與功能模塊

功能框圖

TUSB564的功能框圖展示了其內(nèi)部的各個模塊，包括USB和DisplayPort的收發(fā)器、均衡器、開關(guān)控制模塊等。這些模塊協(xié)同工作，實現(xiàn)了信號的接收、處理和轉(zhuǎn)發(fā)。

特性描述

• USB 3.1支持：支持USB 3.1 Gen 1數(shù)據(jù)速率高達5Gbps，能夠監(jiān)控USB物理層的各種狀態(tài)，如接收器終止、電氣空閑、LFPS和超高速信號速率等，以確定USB的功率狀態(tài)。
• DisplayPort支持：支持多達4條DisplayPort通道，數(shù)據(jù)速率高達8.1Gbps（HBR3）。在DisplayPort模式下，它可以監(jiān)控AUX流量，并根據(jù)AUX事務(wù)的內(nèi)容管理活動通道的數(shù)量，以降低功耗。
• 4 - 級輸入控制：通過I2C_EN、EQ[1:0]、DPEQ[1:0]和SSEQ[1:0]等4 - 級輸入引腳，可以控制均衡增益并將TUSB564置于不同的工作模式。
• 接收器線性均衡：提供多個接收線性均衡級別，用于補償通道插入損耗和碼間串擾。每個通道都有獨立的接收器均衡器，可通過引腳或I2C寄存器進行設(shè)置。

設(shè)備功能模式

TUSB564支持GPIO和I2C兩種編程模式，在不同模式下可以實現(xiàn)不同的配置：

• GPIO模式：通過CTL1和CTL0引腳的組合，可以選擇USB 3.1僅模式、2條DisplayPort通道 + USB 3.1模式或4條DisplayPort通道模式。
• I2C模式：通過I2C寄存器進行配置，實現(xiàn)與GPIO模式相同的功能。

編程與寄存器映射

TUSB564可以通過I2C接口進行編程，通過設(shè)置不同的寄存器可以實現(xiàn)各種功能的配置，如均衡設(shè)置、通道控制等。詳細的寄存器映射表為工程師提供了精確的控制依據(jù)。

三、電氣特性與參數(shù)測量

電氣特性

TUSB564的電氣特性涵蓋了功率消耗、輸入輸出電流、電壓閾值等多個方面。在不同的工作模式下，其功率消耗有所不同，如在USB + 2 lane DP模式下平均功耗為660mW。同時，它還具有良好的輸入輸出特性，如USB差分接收器的輸入電容較小，能夠有效減少信號干擾。

參數(shù)測量信息

文檔中提供了詳細的參數(shù)測量信息，包括I2C時序圖、USB3.1到4 - 通道DisplayPort的模式轉(zhuǎn)換要求等。這些信息對于工程師進行電路設(shè)計和測試非常重要，可以幫助他們確保設(shè)備的性能符合要求。

四、應(yīng)用與實現(xiàn)

應(yīng)用信息

TUSB564作為一款線性重驅(qū)動器，能夠有效補償PCB走線和電纜等無源介質(zhì)引起的信號衰減和碼間串擾。通過16種不同的均衡選擇，可以對7個輸入進行優(yōu)化，提高信號的完整性。

典型應(yīng)用

以一個主機應(yīng)用為例，詳細介紹了TUSB564的設(shè)計要求和詳細設(shè)計過程。包括PCB走線長度、AC - 耦合電容、VCC電源等參數(shù)的選擇，以及I2C模式下的配置方法。同時，還討論了在DisplayPort UFP_D引腳分配E的情況下的應(yīng)用注意事項。

系統(tǒng)示例

展示了TUSB564在不同工作模式下的系統(tǒng)示例，如USB 3.1僅模式、USB 3.1和2條DisplayPort通道模式、DisplayPort僅模式等。這些示例為工程師提供了實際應(yīng)用的參考。

五、電源供應(yīng)與布局建議

電源供應(yīng)

TUSB564設(shè)計為使用3.3V電源供電，建議使用電壓調(diào)節(jié)器將較高的系統(tǒng)電源電壓降至3.3V，并使用去耦電容來減少噪聲和提高電源完整性。

布局指南

布局對于高速信號的傳輸至關(guān)重要。文檔中提供了詳細的布局指南，如RXP/N和TXP/N對的差分阻抗控制、避免與其他高速信號干擾、減少差分走線的彎曲等。同時，還給出了布局示例，幫助工程師進行合理的PCB設(shè)計。

六、總結(jié)與展望

TUSB564作為一款高性能的USB Type-C交替模式轉(zhuǎn)接驅(qū)動開關(guān)，具有超低功耗、高數(shù)據(jù)速率、可配置性強等優(yōu)點，適用于多種應(yīng)用場景。電子工程師在設(shè)計過程中，需要充分考慮其電氣特性、功能模式和布局要求，以確保設(shè)備的性能和穩(wěn)定性。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，相信TUSB564在未來的電子設(shè)備中將會發(fā)揮更加重要的作用。

你在使用TUSB564的過程中遇到過哪些問題？或者你對它的應(yīng)用有什么獨特的見解？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和想法。