TUSB214-Q1 USB 2.0高速信號(hào)調(diào)節(jié)器：設(shè)計(jì)與應(yīng)用全解析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，USB高速信號(hào)的傳輸質(zhì)量至關(guān)重要。TUSB214-Q1作為一款專業(yè)的USB高速（HS）信號(hào)調(diào)節(jié)器，在補(bǔ)償傳輸通道中的ISI信號(hào)損失方面表現(xiàn)出色。本文將深入探討TUSB214-Q1的特性、應(yīng)用、設(shè)計(jì)要點(diǎn)以及相關(guān)注意事項(xiàng)，為電子工程師們提供全面的參考。

文件下載：tusb214-q1.pdf

一、TUSB214-Q1特性概述

1.1 基本特性要求

• 溫度與ESD等級(jí)：器件溫度等級(jí)為2級(jí)，環(huán)境工作溫度范圍在 -40°C至105°C，HBM分類等級(jí)為H1C，CDM分類等級(jí)為C3，能夠適應(yīng)較為復(fù)雜的工作環(huán)境。
• 兼容性：與USB 2.0、OTG 2.0和BC 1.2兼容，具備廣泛的適用性。
• 配置方式：引腳搭接或可通過I2C進(jìn)行配置，為設(shè)計(jì)提供了靈活性。

1.2 功能特性

• 信號(hào)傳輸支持：支持LS、FS和HS信號(hào)傳輸，且在高損耗應(yīng)用中可通過菊花鏈設(shè)備實(shí)現(xiàn)可選信號(hào)增益。
• 低功耗設(shè)計(jì)：具有超低USB斷開和關(guān)斷功耗，有助于降低系統(tǒng)整體功耗。
• 信號(hào)完整性優(yōu)化：D1P/M和D2P/M可互換且主機(jī)/設(shè)備不可知，支持長(zhǎng)達(dá)5米的通道前或2米的通道后電纜長(zhǎng)度，通過外部下拉電阻器實(shí)現(xiàn)四種可選交流升壓設(shè)置，以及直流升壓與交流升壓，可實(shí)現(xiàn)最佳信號(hào)完整性。

二、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

TUSB214-Q1的應(yīng)用場(chǎng)景十分豐富，涵蓋了汽車信息娛樂系統(tǒng)、筆記本電腦、臺(tái)式機(jī)、擴(kuò)展塢、平板電腦、手機(jī)、有源電纜、電纜擴(kuò)展器、背板電視等多個(gè)領(lǐng)域。其主要作用是恢復(fù)USB高速通道直至USB插座的信號(hào)完整性，解決因高損耗PCB走線和其他電容性負(fù)載導(dǎo)致的信號(hào)質(zhì)量下降問題，幫助通道通過USB近端眼圖掩碼測(cè)試。

三、詳細(xì)技術(shù)解析

3.1 工作原理

TUSB214-Q1采用了對(duì)USB低速（LS）和全速（FS）信號(hào)無感知的設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)正在申請(qǐng)專利。LS和FS信號(hào)特征不受其影響，但會(huì)對(duì)HS信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償。借助可編程信號(hào)交流升壓和直流升壓，可精調(diào)器件性能，優(yōu)化連接器上的高速信號(hào)，有助于通過USB高速電氣合規(guī)性測(cè)試。

3.2 功能模塊

• EQ引腳：用于配置設(shè)備的AC升壓，通過不同的外部下拉電阻值可設(shè)置四個(gè)級(jí)別。

• DC_BOOST引腳：是一個(gè)三電平引腳，用于根據(jù)不同的電壓設(shè)置設(shè)備的DC增益，具體設(shè)置如下表所示：	DC_BOOST	DC Boost Setting (mV)
  VIL	40
  VIM	60
  VIH	80

3.3 設(shè)備功能模式

• 低速（LS）和全速（FS）模式：TUSB214-Q1自動(dòng)檢測(cè)到LS或FS連接時(shí)，不啟用信號(hào)補(bǔ)償，CD引腳置高。
• 高速（HS）模式：自動(dòng)檢測(cè)到HS連接時(shí)，根據(jù)DC_BOOST引腳的配置和EQ引腳的外部下拉電阻確定是否啟用信號(hào)補(bǔ)償，CD引腳置高。
• 關(guān)機(jī)模式：當(dāng)RSTN引腳置低時(shí)，TUSB214-Q1禁用，USB通道仍可正常工作，但無信號(hào)補(bǔ)償，CD引腳無通道狀態(tài)指示。
• I2C模式：支持100 kHz I2C用于設(shè)備配置、狀態(tài)回讀和測(cè)試。在RSTN引腳釋放后，SCL和SDA引腳采樣為高時(shí)啟用該模式，可通過I2C讀寫事務(wù)訪問特定寄存器。

四、設(shè)計(jì)與應(yīng)用要點(diǎn)

4.1 設(shè)計(jì)要求

在典型應(yīng)用中，需要考慮以下設(shè)計(jì)參數(shù)：

• 電源電壓：VCC范圍為3.0V至3.6V，建議使用3.3V。
• IC支持：系統(tǒng)中是否需要IC支持，根據(jù)實(shí)際情況選擇。
• AC和DC升壓設(shè)置：根據(jù)信號(hào)鏈損耗特性選擇合適的AC和DC升壓級(jí)別，可通過外部電阻進(jìn)行配置。

4.2 詳細(xì)設(shè)計(jì)流程

• 復(fù)位信號(hào)：TUSB214-Q1需要有效的復(fù)位信號(hào)，若微控制器無法在電源斜坡穩(wěn)定前將RSTN引腳置低，則需在RSTN引腳與GND之間連接外部電容。
• 電容配置：VREG引腳是內(nèi)部LDO輸出，需要連接0.1μF外部電容至GND以穩(wěn)定核心。
• 升壓設(shè)置調(diào)整：理想的AC/DC升壓設(shè)置取決于目標(biāo)平臺(tái)的信號(hào)鏈損耗特性，建議從AC升壓級(jí)別0開始，根據(jù)需要逐步增加。更改AC或DC升壓設(shè)置后，需切換RSTN引腳以使設(shè)備識(shí)別更改。
• 引腳連接：D1P需短接至D2P，D1M短接至D2M，以確保設(shè)備正常工作。
• 設(shè)備放置：根據(jù)應(yīng)用目標(biāo)選擇合適的設(shè)備放置位置，如通過USB近端掩碼測(cè)試時(shí)應(yīng)靠近測(cè)量點(diǎn)，通過USB遠(yuǎn)端眼圖掩碼測(cè)試時(shí)應(yīng)靠近USB PHY，級(jí)聯(lián)多個(gè)TUSB214-Q1以改善設(shè)備枚舉時(shí)應(yīng)位于每個(gè)USB互連的中間位置。

4.3 測(cè)試流程

在構(gòu)建USB高速眼圖時(shí)，需遵循以下測(cè)試流程：

• 主機(jī)端應(yīng)用：配置TUSB214-Q1的AC和DC升壓設(shè)置，上電或切換RSTN引腳，使用SMA電纜連接示波器和USB-IF主機(jī)端測(cè)試夾具，使主機(jī)發(fā)送USB TEST_PACKET，執(zhí)行示波器USB合規(guī)軟件，可重復(fù)測(cè)試不同升壓設(shè)置。
• 設(shè)備端應(yīng)用：配置TUSB214-Q1的AC和DC升壓設(shè)置，上電或切換RSTN引腳，連接USB主機(jī)、USB-IF設(shè)備端測(cè)試夾具和USB設(shè)備，確保測(cè)試夾具配置為‘INIT’位置，讓主機(jī)枚舉設(shè)備，使設(shè)備發(fā)送USB TEST_PACKET，使用SMA電纜連接示波器和測(cè)試夾具并將測(cè)試夾具配置為‘TEST’位置，執(zhí)行示波器USB合規(guī)軟件，可重復(fù)測(cè)試不同升壓設(shè)置。

五、電源與布局建議

5.1 電源供應(yīng)

上電時(shí)，RSTN引腳與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。為確保數(shù)字電路正確上電復(fù)位，應(yīng)在電源斜坡穩(wěn)定至3V或更高后再啟用設(shè)備。若無法在電源斜坡穩(wěn)定前將RSTN引腳置低，則需在RSTN引腳與GND之間連接外部電容，其RC時(shí)間常數(shù)應(yīng)大于電源斜坡時(shí)間（0至VCC）的五倍。

5.2 布局準(zhǔn)則

• 信號(hào)連續(xù)性：放置TUSB214-Q1時(shí)，USB信號(hào)走線不能中斷，即使設(shè)備斷電或未安裝，USB鏈路仍可正常工作。
• 高速走線：建議將高速走線直接布置在TUSB214-Q1封裝下方，以避免信號(hào)過孔。
• 阻抗控制：盡管焊盤圖案的走線寬度與焊盤寬度匹配，但最佳阻抗控制仍需根據(jù)用戶的PCB疊層來確定，建議在設(shè)備下方保持90Ω差分走線。

六、器件與文檔支持

6.1 文檔獲取

要接收文檔更新通知，可轉(zhuǎn)至TI.com上的器件產(chǎn)品文件夾，單擊右上角的“通知我”進(jìn)行注冊(cè)，即可每周接收產(chǎn)品信息更改摘要。有關(guān)更改的詳細(xì)信息，可查看任何已修訂文檔中包含的修訂歷史記錄。

6.2 社區(qū)資源

TI E2E?在線社區(qū)為工程師們提供了一個(gè)交流協(xié)作的平臺(tái)，可在e2e.ti.com中咨詢問題、分享知識(shí)、拓展思路并與同行工程師一道解決問題。此外，TI參考設(shè)計(jì)支持可幫助快速查找有幫助的E2E論壇、設(shè)計(jì)支持工具以及技術(shù)支持的聯(lián)系信息。

6.3 靜電放電警告

ESD可能會(huì)損壞該集成電路，建議通過適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施處理所有集成電路。不遵守正確的處理措施和安裝程序可能會(huì)導(dǎo)致集成電路損壞，從微小的性能降級(jí)到整個(gè)器件故障不等。

七、總結(jié)

TUSB214-Q1作為一款功能強(qiáng)大的USB高速信號(hào)調(diào)節(jié)器，在信號(hào)補(bǔ)償、兼容性、低功耗等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。電子工程師們?cè)谠O(shè)計(jì)過程中，需充分考慮其特性和應(yīng)用要求，合理進(jìn)行設(shè)計(jì)和布局，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和信號(hào)完整性。同時(shí)，要關(guān)注文檔更新和社區(qū)資源，及時(shí)獲取最新信息和技術(shù)支持。希望本文能為工程師們?cè)谑褂肨USB214-Q1時(shí)提供有價(jià)值的參考，你在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過類似器件的使用難題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。