深入解析TUSB213 USB 2.0高速信號(hào)調(diào)節(jié)器

在當(dāng)今的電子設(shè)備中，USB接口已經(jīng)成為了數(shù)據(jù)傳輸和設(shè)備連接的標(biāo)準(zhǔn)配置。然而，隨著傳輸距離的增加和信號(hào)質(zhì)量的下降，如何保證USB高速信號(hào)的完整性成為了一個(gè)關(guān)鍵問題。TUSB213作為一款專門為補(bǔ)償傳輸通道中ISI信號(hào)損失而設(shè)計(jì)的USB高速（HS）信號(hào)調(diào)節(jié)器，為解決這一問題提供了有效的解決方案。

文件下載：tusb213.pdf

一、TUSB213的特性

兼容性強(qiáng)

TUSB213與USB 2.0、OTG 2.0和BC 1.2兼容，這使得它可以廣泛應(yīng)用于各種支持USB協(xié)議的設(shè)備中，確保設(shè)備之間的穩(wěn)定通信。

靈活配置

它支持引腳搭接或通過I2C進(jìn)行配置，為工程師提供了更多的設(shè)計(jì)靈活性。無(wú)論是在簡(jiǎn)單的應(yīng)用場(chǎng)景中通過引腳搭接快速配置，還是在復(fù)雜的系統(tǒng)中通過I2C進(jìn)行精確控制，都能滿足需求。

多信號(hào)支持

支持LS、FS和HS信號(hào)傳輸，并且采用了對(duì)USB低速（LS）和全速（FS）信號(hào)無(wú)感知的設(shè)計(jì)（該設(shè)計(jì)正在申請(qǐng)專利）。這意味著LS和FS信號(hào)特征不受TUSB213的影響，而該器件會(huì)對(duì)HS信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，確保高速信號(hào)的傳輸質(zhì)量。

低功耗設(shè)計(jì)

具有超低USB斷開和關(guān)斷功耗，有助于延長(zhǎng)設(shè)備的電池續(xù)航時(shí)間，提高能源利用效率。

可擴(kuò)展性好

是一種可擴(kuò)展解決方案，支持用于高損耗應(yīng)用的菊花鏈器件，能夠滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。此外，D1P/M和D2P/M可互換且主機(jī)/設(shè)備不可知，方便系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

電纜長(zhǎng)度支持

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，同時(shí)具備直流升壓與交流升壓功能，可實(shí)現(xiàn)最佳信號(hào)完整性。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

計(jì)算機(jī)設(shè)備

適用于筆記本電腦、臺(tái)式機(jī)和擴(kuò)展塢等計(jì)算機(jī)設(shè)備，能夠有效補(bǔ)償U(kuò)SB信號(hào)在傳輸過程中的損失，確保高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

移動(dòng)設(shè)備

在手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)設(shè)備中，TUSB213可以提高USB接口的性能，增強(qiáng)設(shè)備與外部設(shè)備之間的連接穩(wěn)定性。

其他設(shè)備

還可應(yīng)用于有源電纜、電纜擴(kuò)展器、背板、電視等設(shè)備，為這些設(shè)備的USB接口提供信號(hào)調(diào)節(jié)功能。

三、詳細(xì)說明

功能概述

TUSB213的主要功能是補(bǔ)償傳輸通道中的ISI信號(hào)損失，幫助設(shè)備通過USB電氣合規(guī)性測(cè)試。它通過可編程信號(hào)交流升壓和直流升壓，可精調(diào)器件性能，從而優(yōu)化連接器上的高速信號(hào)。

功能框圖

從功能框圖來看，TUSB213包含低和全速旁路、ESD保護(hù)、高速補(bǔ)償和USB收發(fā)器等模塊。其中，低和全速旁路模塊確保LS和FS信號(hào)不受影響，而高速補(bǔ)償模塊則對(duì)HS信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償。

特性描述

• EQ引腳：用于配置設(shè)備的交流升壓，通過不同的外部下拉電阻值可設(shè)置四個(gè)級(jí)別的交流升壓。
• DC_BOOST引腳：是一個(gè)三電平引腳，用于設(shè)置設(shè)備的直流增益，可根據(jù)不同的輸入電平選擇不同的直流升壓設(shè)置（40mV、60mV或80mV）。

設(shè)備功能模式

• 低速（LS）模式：TUSB213自動(dòng)檢測(cè)到LS連接后，不啟用信號(hào)補(bǔ)償，CD引腳置高。
• 全速（FS）模式：自動(dòng)檢測(cè)到FS連接后，同樣不啟用信號(hào)補(bǔ)償，CD引腳置高。
• 高速（HS）模式：自動(dòng)檢測(cè)到HS連接后，會(huì)根據(jù)DC_BOOST引腳的配置和EQ引腳的外部下拉電阻來啟用信號(hào)補(bǔ)償，CD引腳置高。
• 關(guān)機(jī)模式：當(dāng)RSTN引腳置低時(shí)，TUSB213被禁用。在關(guān)機(jī)模式下，USB通道仍可正常工作，但沒有信號(hào)補(bǔ)償，CD引腳也不會(huì)提供通道狀態(tài)指示。
• I2C模式：支持100kHz的I2C通信，用于設(shè)備配置、狀態(tài)回讀和測(cè)試。在該模式下，可通過I2C讀寫事務(wù)訪問特定的寄存器。

四、設(shè)計(jì)與應(yīng)用

典型應(yīng)用

在典型應(yīng)用中，D2P和D2M面向USB連接器，D1P和D1M面向USB主機(jī)或集線器。當(dāng)然，根據(jù)實(shí)際需求，方向也可以反轉(zhuǎn)。

設(shè)計(jì)要求

在設(shè)計(jì)過程中，需要考慮一些參數(shù)，如VCC電壓范圍（4.4V - 5.5V）、是否需要I2C支持、交流升壓和直流升壓的設(shè)置等。

詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟

1. 復(fù)位信號(hào)：TUSB213需要一個(gè)有效的復(fù)位信號(hào)，確保數(shù)字電路正確初始化。如果RSTN引腳不能由微控制器或其他電路保持低電平直到電源斜坡穩(wěn)定，則需要在RSTN引腳和地之間連接一個(gè)外部電容。
2. VREG引腳：VREG引腳是內(nèi)部LDO輸出，需要連接一個(gè)0.1μF的外部電容到地以穩(wěn)定核心。
3. 升壓設(shè)置：理想的交流升壓和直流升壓設(shè)置取決于目標(biāo)平臺(tái)的信號(hào)鏈損耗特性。一般建議從交流升壓等級(jí)0開始，逐步增加；直流升壓設(shè)置也建議先從等級(jí)1開始。為了讓TUSB213識(shí)別升壓設(shè)置的變化，需要對(duì)RSTN引腳進(jìn)行切換操作。
4. 設(shè)備放置：設(shè)備的放置位置也很重要，根據(jù)不同的應(yīng)用目標(biāo)，建議將其放置在靠近測(cè)量點(diǎn)、靠近USB PHY或每個(gè)USB互連的中間位置。

測(cè)試程序

在構(gòu)建USB高速眼圖時(shí)，需要遵循特定的測(cè)試程序，根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景的不同（主機(jī)側(cè)應(yīng)用或設(shè)備側(cè)應(yīng)用），測(cè)試步驟略有差異，但總體來說都包括配置升壓設(shè)置、上電或切換RSTN引腳、連接測(cè)試設(shè)備、發(fā)送USB TEST_PACKET以及執(zhí)行示波器USB合規(guī)軟件等步驟。

五、規(guī)格參數(shù)

絕對(duì)最大額定值

包括電源電壓范圍、I/O引腳電壓范圍和存儲(chǔ)溫度等參數(shù)，超出這些額定值可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備永久性損壞。

ESD額定值

該設(shè)備具有一定的靜電放電（ESD）防護(hù)能力，其人體模型（HBM）和充電設(shè)備模型（CDM）的ESD額定值分別為±2000V和±500V。

推薦工作條件

規(guī)定了電源電壓、環(huán)境溫度和結(jié)溫等參數(shù)的推薦工作范圍，確保設(shè)備在這些條件下正常工作。

電氣特性

詳細(xì)列出了不同工作模式下的電流消耗、輸入輸出電壓和電流等參數(shù)，為工程師在設(shè)計(jì)電路時(shí)提供了重要參考。

開關(guān)特性

包括DxP/M的比特率、上升時(shí)間和下降時(shí)間等參數(shù)，反映了設(shè)備的信號(hào)切換性能。

典型特性

通過一些典型的眼圖展示了TUSB213在不同電纜長(zhǎng)度和升壓設(shè)置下的信號(hào)傳輸效果，直觀地體現(xiàn)了其對(duì)信號(hào)完整性的改善作用。

六、電源供應(yīng)與布局建議

電源供應(yīng)

在電源上電時(shí)，RSTN引腳和電源斜坡的相互作用可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)字電路設(shè)置不正確。因此，建議在電源斜坡穩(wěn)定到4.4V或更高后再啟用設(shè)備。如果無(wú)法通過微控制器或其他電路將RSTN引腳保持低電平直到電源斜坡穩(wěn)定，則需要在RSTN引腳和地之間連接一個(gè)外部電容，其RC時(shí)間常數(shù)應(yīng)大于電源斜坡時(shí)間的五倍。

布局

在PCB布局時(shí)，建議將高速信號(hào)走線與TUSB213放置在同一表層，避免信號(hào)過孔。同時(shí)，應(yīng)使用阻抗控制走線，以保持整個(gè)信號(hào)路徑的90Ω差分阻抗，符合USB 2.0規(guī)范的要求。

七、器件和文檔支持

文檔更新通知

用戶可以在TI.com上的器件產(chǎn)品文件夾中注冊(cè)接收文檔更新通知，以便及時(shí)了解產(chǎn)品信息的變化。

社區(qū)資源

TI提供了E2E在線社區(qū)和設(shè)計(jì)支持等資源，方便工程師之間的協(xié)作和交流，獲取更多的技術(shù)支持和幫助。

商標(biāo)和靜電放電警告

需要注意的是，E2E是德州儀器的商標(biāo)，其他商標(biāo)歸各自所有者所有。同時(shí)，ESD可能會(huì)損壞集成電路，在處理和安裝過程中應(yīng)采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施。

TUSB213作為一款功能強(qiáng)大的USB 2.0高速信號(hào)調(diào)節(jié)器，具有多種特性和優(yōu)勢(shì)，能夠有效解決USB高速信號(hào)傳輸中的信號(hào)損失問題。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體的設(shè)計(jì)需求和應(yīng)用場(chǎng)景，合理選擇和配置TUSB213，以確保設(shè)備的性能和穩(wěn)定性。你在使用TUSB213的過程中是否遇到過一些特殊的問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。