TUSB213-Q1 USB 2.0高速信號調(diào)節(jié)器：設(shè)計(jì)與應(yīng)用詳解

在當(dāng)今的電子設(shè)備中，USB接口的應(yīng)用極為廣泛，而高速穩(wěn)定的信號傳輸則是保證設(shè)備性能的關(guān)鍵。TUSB213-Q1作為一款專門為補(bǔ)償U(kuò)SB高速信號損失而設(shè)計(jì)的信號調(diào)節(jié)器，在汽車及眾多電子設(shè)備中發(fā)揮著重要作用。下面就為大家詳細(xì)介紹TUSB213-Q1的相關(guān)特性、規(guī)格及應(yīng)用設(shè)計(jì)。

文件下載：tusb213-q1.pdf

一、TUSB213-Q1特性概述

汽車應(yīng)用適配性

TUSB213-Q1符合汽車應(yīng)用要求，通過了AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)測試，器件溫度等級為2級，環(huán)境工作溫度范圍在 -40°C至105°C，能適應(yīng)較為惡劣的汽車工作環(huán)境。同時，其HBM分類等級為H1C，CDM分類等級為C3，具備良好的靜電防護(hù)能力。

信號處理特性

它采用了對USB低速（LS）和全速（FS）信號無感知的設(shè)計(jì)，正在申請專利。這意味著LS和FS信號特征不受該器件影響，而它會專門對高速（HS）信號進(jìn)行補(bǔ)償，以保證HS信號的質(zhì)量。

兼容性與配置靈活性

該器件與USB 2.0、OTG 2.0和BC 1.2兼容，引腳搭接或可通過I2C進(jìn)行配置，支持LS、FS和HS信號傳輸。借助可編程信號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，適用于多種不同應(yīng)用。

低功耗與擴(kuò)展性

具有超低USB斷開和關(guān)斷功耗，還支持可擴(kuò)展解決方案，可用于高損耗應(yīng)用的菊花鏈器件。此外，D1P/M和D2P/M可互換且主機(jī)/設(shè)備不可知，符合USB On-The-Go (OTG) 和電池充電 (BC) 協(xié)議，支持長達(dá)5米的通道前或2米的通道后電纜長度。

二、規(guī)格參數(shù)分析

絕對最大額定值

• 電源電壓范圍（VCC）：-0.3V至6V。
• I/O引腳電壓范圍：-0.3V至3.8V。
• 存儲溫度范圍：-65°C至150°C。

ESD 評級

人體模型（HBM）為 +2000V，帶電設(shè)備模型（CDM）為 +500V，表明該器件具有較好的靜電防護(hù)能力，但在實(shí)際應(yīng)用中仍需注意靜電放電問題。

推薦工作條件

• 電源電壓（Vcc）：4.4V至5.5V。
• 環(huán)境溫度（TA）：-40°C至105°C。
• 結(jié)溫（TJ）：-40°C至125°C。

熱信息

給出了多種熱阻參數(shù)，如結(jié)到環(huán)境熱阻（RQJA）為49.1°C/W等，這些參數(shù)對于散熱設(shè)計(jì)非常重要，工程師在設(shè)計(jì)時需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合理的散熱布局。

電氣特性

詳細(xì)列出了不同工作模式下的電流參數(shù)，如高速活動電流（LACTIVE_HS）典型值為18mA，高速空閑電流（IDLE_HS）典型值為13mA等。同時，還給出了輸入輸出電壓、電流等參數(shù)，這些參數(shù)是電路設(shè)計(jì)和性能評估的重要依據(jù)。

開關(guān)特性

包括DxP/M的比特率、上升時間、下降時間等參數(shù)，以及RSTN信號的最小脈沖寬度和VCC穩(wěn)定時間等，這些參數(shù)對于信號的傳輸和處理速度有重要影響。

三、功能詳細(xì)描述

整體概述

TUSB213-Q1旨在補(bǔ)償傳輸通道中的ISI信號損失，其專利設(shè)計(jì)對LS和FS信號無影響，僅補(bǔ)償HS信號，且與OTG和BC規(guī)范兼容。通過EQ引腳的外部電阻可實(shí)現(xiàn)可編程信號交流升壓，DC_BOOST引腳可配置直流升壓，有助于克服電纜損耗。

功能框圖

從功能框圖可以清晰地看到該器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和信號處理流程，為工程師理解和設(shè)計(jì)電路提供了直觀的參考。

特性描述

• EQ引腳：用于配置器件的交流升壓，通過不同的外部下拉電阻值可設(shè)置四個級別的交流升壓。
• DC_BOOST引腳：是一個三電平引腳，根據(jù)不同的電平設(shè)置可確定器件的直流增益。

設(shè)備功能模式

• 低速（LS）模式：自動檢測到LS連接，不啟用信號補(bǔ)償，CD引腳置高。
• 全速（FS）模式：自動檢測到FS連接，不啟用信號補(bǔ)償，CD引腳置高。
• 高速（HS）模式：自動檢測到HS連接，根據(jù)DC_BOOST引腳配置和EQ引腳的外部下拉電阻進(jìn)行信號補(bǔ)償，CD引腳置高。
• 關(guān)機(jī)模式：RSTN引腳置低時，器件禁用，USB通道仍可正常工作，但無信號補(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)回讀和測試，通過I2C讀寫事務(wù)可訪問特定寄存器。

四、應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)

應(yīng)用信息

TUSB213-Q1的主要目的是恢復(fù)USB高速通道到USB連接器的信號完整性，解決因高損耗PCB走線和電容負(fù)載導(dǎo)致的信號質(zhì)量下降問題，幫助通過USB近端眼圖測試。此外，其CD引腳還可用于控制客戶平臺上的其他模塊。

典型應(yīng)用

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，也可根據(jù)需要反轉(zhuǎn)方向。

設(shè)計(jì)要求與詳細(xì)設(shè)計(jì)流程

• 設(shè)計(jì)要求：給出了電源電壓、是否需要IC支持、交流升壓和直流升壓設(shè)置等參數(shù)。
• 詳細(xì)設(shè)計(jì)流程：TUSB213-Q1需要有效的復(fù)位信號，VREG引腳需要外部電容來穩(wěn)定核心。理想的交流和直流升壓設(shè)置取決于目標(biāo)平臺的信號鏈損耗特性，一般建議從較低的升壓級別開始，逐步調(diào)整。為使器件識別升壓設(shè)置的變化，需要對RSTN引腳進(jìn)行切換。同時，要注意DC_BOOST引腳的電壓限制，以及器件的放置位置應(yīng)根據(jù)應(yīng)用目標(biāo)進(jìn)行合理選擇。

測試程序

分別給出了主機(jī)端和設(shè)備端應(yīng)用構(gòu)建USB高速眼圖的測試程序，這些程序是進(jìn)行性能測試和驗(yàn)證的重要步驟，工程師需要嚴(yán)格按照程序進(jìn)行操作，以確保測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

應(yīng)用曲線

通過一系列的眼圖可以直觀地看到不同直流升壓和交流升壓設(shè)置下的信號質(zhì)量，為工程師選擇合適的設(shè)置提供了參考。

五、電源供應(yīng)建議

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。為確保數(shù)字電路正確復(fù)位，在電源斜坡穩(wěn)定到4.4V或更高之前，不應(yīng)啟用設(shè)備。如果無法通過微控制器或其他電路將RSTN引腳保持低電平，需要在RSTN引腳和GND之間連接外部電容，其RC時間常數(shù)應(yīng)大于電源斜坡時間的五倍。

六、布局設(shè)計(jì)

布局指南

為避免信號過孔，建議將高速走線與TUSB213-Q1放置在同一表層。布局應(yīng)使用阻抗控制走線，以保持整個信號路徑的90Ω差分阻抗，遵循高速信號布線的一般準(zhǔn)則。

布局示例

給出了布局示例圖，為工程師進(jìn)行實(shí)際布局提供了參考，但在實(shí)際應(yīng)用中，還需要根據(jù)具體的電路板尺寸、元件分布等因素進(jìn)行調(diào)整。

七、器件和文檔支持

接收文檔更新通知

可導(dǎo)航至TI.com上的器件產(chǎn)品文件夾，點(diǎn)擊右上角的“通知我”進(jìn)行注冊，每周接收產(chǎn)品信息更改摘要。

社區(qū)資源

TI E2E?在線社區(qū)為工程師提供了協(xié)作交流的平臺，可在e2e.ti.com中咨詢問題、分享知識。同時，TI參考設(shè)計(jì)支持可幫助查找相關(guān)的論壇、工具和技術(shù)支持信息。

靜電放電警告

ESD可能會損壞集成電路，建議采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施處理所有集成電路，避免因靜電放電導(dǎo)致器件性能下降或損壞。

八、機(jī)械、封裝和可訂購信息

詳細(xì)介紹了器件的封裝信息，如VQFN封裝的尺寸、引腳數(shù)量等。同時，給出了可訂購的產(chǎn)品型號、狀態(tài)、包裝數(shù)量、載體、RoHS合規(guī)性等信息，方便工程師進(jìn)行采購和選型。

TUSB213-Q1是一款功能強(qiáng)大的USB高速信號調(diào)節(jié)器，在汽車和電子設(shè)備領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。工程師在設(shè)計(jì)過程中，需要充分了解其特性、規(guī)格和應(yīng)用要求，合理進(jìn)行電路設(shè)計(jì)、布局和散熱設(shè)計(jì)，以確保設(shè)備的性能和可靠性。大家在實(shí)際應(yīng)用中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。