具有數(shù)字電纜補(bǔ)償功能的TPS25810A-Q1 USB Type-C DFP控制器和電源開關(guān)解析

在電子設(shè)備的設(shè)計中，USB Type-C接口憑借其正反可插、高速數(shù)據(jù)傳輸和強(qiáng)大的供電能力，成為了眾多產(chǎn)品的首選。而TPS25810A-Q1作為一款專門為USB Type-C下游端口（DFP）設(shè)計的控制器和電源開關(guān)，在汽車電子等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。今天，我們就來詳細(xì)探討一下這款器件的特性、應(yīng)用及設(shè)計要點。

文件下載：tps25810a-q1.pdf

一、TPS25810A-Q1特性亮點

1. 精準(zhǔn)的電流限制

TPS25810A-Q1具有固定的3.4A電流限制（±7.1%），無論Type - C電流通告級別如何，都能穩(wěn)定地為負(fù)載提供合適的電流，有效保護(hù)設(shè)備免受過大電流的損害。這種精準(zhǔn)的電流控制能力，在對電流穩(wěn)定性要求較高的汽車電子應(yīng)用中尤為重要。

2. 數(shù)字電纜補(bǔ)償

當(dāng)輸出電流 $I_{OUT } ≥1.95 ~A$ 時，該器件能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字電纜補(bǔ)償。電纜補(bǔ)償也稱為線路壓降補(bǔ)償，它可以將USB電源的電壓降補(bǔ)償?shù)経FP負(fù)載，確保在長電纜連接或大電流輸出的情況下，UFP設(shè)備能夠獲得穩(wěn)定的電壓，提高充電效率和數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

3. 符合汽車應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)

該器件符合汽車應(yīng)用要求，具有符合AEC - Q100標(biāo)準(zhǔn)的特性。其封裝為20引腳WQFN（3mm × 4mm），器件溫度等級T為環(huán)境工作溫度范圍 - 40°C至105°C，能夠在汽車復(fù)雜的環(huán)境中穩(wěn)定工作。同時，其人體模型（HBM）靜電放電（ESD）分類等級為2，器件組件充電模式（CDM）ESD分類等級為C4B，具有良好的抗靜電能力。

4. 低功耗設(shè)計

在端口未連接時，$IDDQ$ 的典型值僅為0.7μA，能夠有效降低系統(tǒng)功耗。此外，電源喚醒功能可保證系統(tǒng)在冬眠（S4）和關(guān)閉（S5）功耗狀態(tài)下的低功耗，通過使用UFP輸出對5V高功率電源進(jìn)行禁用，進(jìn)一步實現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能。

二、應(yīng)用場景廣泛

1. 汽車信息娛樂系統(tǒng)

隨著汽車智能化的發(fā)展，汽車信息娛樂系統(tǒng)越來越復(fù)雜，對USB接口的要求也越來越高。TPS25810A-Q1可以為車載音響、導(dǎo)航、多媒體播放器等設(shè)備提供穩(wěn)定的電源和數(shù)據(jù)傳輸接口，滿足用戶對高品質(zhì)娛樂體驗的需求。

2. 汽車后座USB充電

為了方便乘客為手機(jī)、平板電腦等設(shè)備充電，汽車后座通常會配備USB充電接口。TPS25810A-Q1的大電流輸出和數(shù)字電纜補(bǔ)償功能，能夠確保在不同長度的電纜連接下，都能快速、穩(wěn)定地為設(shè)備充電。

三、深入解析器件功能

1. 連接檢測與配置

TPS25810A-Q1通過監(jiān)測Type - C配置通道（CC）線路來發(fā)現(xiàn)連接的USB設(shè)備。當(dāng)連接了上行端口（UFP）器件時，它會向 $V{BUS}$ 供電，并將可選 $V{BUS}$ 拉電流能力通過直通CC線路傳達(dá)給UFP。如果使用電子標(biāo)記電纜連接了UFP，還會將 $CONN$ 電源施加于電纜CC引腳。當(dāng)連接Type - C音頻附件或調(diào)試附件時，該器件能夠識別并報告此連接。

2. 電流能力通告與過載保護(hù)

該器件支持所有三種Type - C電流通告，通過CHG和CHG_HI引腳控制向連接的UFP廣播的電流能力。在輸出過載時，內(nèi)部的OUT電流 - 限制調(diào)節(jié)器會根據(jù)CHG和CHGHI的選擇，將輸出電流限制在選定的 $I{LIM}$ 。對于通過CC1或CC2提供 $V_{CONN}$ 的情況，也有單獨的固定電流 - 限制調(diào)節(jié)器保護(hù)這些引腳。

3. 多種保護(hù)功能

• 欠壓鎖定（UVLO）：UVLO電路會在輸入電壓達(dá)到UVLO開啟閾值之前禁用電源開關(guān)，內(nèi)置的遲滯功能可防止在開啟過程中因輸入電壓下降而導(dǎo)致的不必要的開關(guān)循環(huán)。
• 過溫保護(hù)：器件具有兩個內(nèi)部過溫關(guān)機(jī)閾值 $T{TH _ OTSD1}$ 和 $T{TH _ OTSD2}$，當(dāng)溫度超過 $T{TH _ OTSD1}$ 且電流 - 限制開關(guān)被禁用時，F(xiàn)AULT引腳會斷言低電平以信號故障條件；當(dāng)超過 $T{TH _ OTSD2}$ 時，所有開漏輸出都將保持開路，器件被禁用以實現(xiàn)最小功耗。當(dāng)芯片溫度下降20°C時，器件會嘗試重新上電。

四、設(shè)計要點與注意事項

1. 電源供應(yīng)

該器件有三個電源輸入引腳：IN1、IN2和AUX。在簡單實現(xiàn)中，可將它們連接到同一電源；但在移動系統(tǒng)中，為了節(jié)省系統(tǒng)功率，IN1和IN2可由高功率DC - DC電源供電，AUX可連接到低功率電源，如系統(tǒng)處于休眠或睡眠狀態(tài)時為系統(tǒng)微控制器供電的電源。同時，建議在INx和AUX引腳與GND之間靠近器件處添加陶瓷旁路電容，以減輕總線瞬變。

2. 布局設(shè)計

• 電容放置：在Type - C插座附近放置10 - μF陶瓷電容，在IN1引腳附近放置120 - μF陶瓷電容，以優(yōu)化性能和減少電壓波動。
• 功率路徑：高電流承載的功率路徑連接應(yīng)盡可能短，并確保能夠承載至少兩倍的滿載電流。輸入和輸出走線也應(yīng)盡量短，以減少 $V_{BUS}$ 走線的電阻。
• REF引腳電阻：使用1%、100 - kΩ的低溫度系數(shù)電阻連接REF和REF_RTN引腳，并確保走線短，避免與板上的開關(guān)信號耦合。
• ESD保護(hù)：CC1和CC2引腳具有內(nèi)置ESD保護(hù)，但應(yīng)盡量減少從Type - C插座到器件的走線長度，避免在CC線上創(chuàng)建短截線或測試點。

五、典型應(yīng)用案例

1. 無BC 1.2支持的Type - C DFP端口實現(xiàn)

在這種應(yīng)用中，TPS25810A-Q1可以實現(xiàn)5V和3A充電的基本功能。設(shè)計時需要注意輸入和輸出電容的選擇，以及CHG和CHG_HI引腳的設(shè)置，以滿足不同的電流能力通告要求。

2. 支持BC 1.2（DCP模式）的Type - C DFP端口實現(xiàn)

當(dāng)需要支持對傳統(tǒng)設(shè)備充電時，可以結(jié)合TPS2514A-Q1設(shè)備來實現(xiàn)。TPS2514A-Q1是一款具有自動檢測功能的USB專用充電端口（DCP）控制器，能夠為符合BC 1.2標(biāo)準(zhǔn)的手持設(shè)備以及采用自有充電算法的流行手機(jī)和平板電腦充電。

六、總結(jié)

TPS25810A-Q1作為一款高性能的USB Type - C DFP控制器和電源開關(guān)，憑借其豐富的功能和出色的性能，能夠滿足汽車電子等領(lǐng)域?qū)SB接口的嚴(yán)格要求。在設(shè)計過程中，電子工程師需要充分考慮其特性和設(shè)計要點，合理布局和配置，以實現(xiàn)最佳的系統(tǒng)性能和穩(wěn)定性。你在使用USB Type - C接口進(jìn)行設(shè)計時，是否遇到過類似的問題和挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。