TPS25810：USB Type - C DFP控制器與電源開關(guān)的深度解析

在當今的電子設(shè)備中，USB Type - C接口因其強大的功能和廣泛的應(yīng)用而備受青睞。TI公司的TPS25810作為一款具有負載檢測功能的USB Type - C DFP控制器和電源開關(guān)，在USB Type - C應(yīng)用領(lǐng)域有著重要的地位。本文將深入剖析TPS25810的特性、應(yīng)用、規(guī)格等方面，為電子工程師們在設(shè)計相關(guān)產(chǎn)品時提供有價值的參考。

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特性亮點

兼容性與檢測功能

TPS25810兼容USB Type - C版本1.2的下行數(shù)據(jù)端口（DFP）控制器，具備連接器連接/斷開檢測功能，能夠通過配置通道（CC）進行STD/1.5A/3A電流能力通告。超高速極性確定功能使得數(shù)據(jù)傳輸更加穩(wěn)定，同時還能實現(xiàn)$BUS$應(yīng)用和放電、$CONN$應(yīng)用于電子標記電纜，以及音頻和調(diào)試附件識別。在端口未連接時，$I_{DDQ}$的典型值僅為0.7μA，大大降低了功耗。

電源選項與低功耗設(shè)計

該器件提供三個輸入電源選項，分別為IN1（USB充電電源）、IN2（$CONN$電源）和AUX（器件電源）。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，這對于移動設(shè)備等對功耗敏感的應(yīng)用來說至關(guān)重要。

功率管理與封裝優(yōu)勢

其內(nèi)置的34mΩ（典型值）高側(cè)金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（MOSFET），具有1.7/3.4A $I_{Limit}$（±7.1%） - 可編程的特點，能夠?qū)崿F(xiàn)端口功率管理，優(yōu)化多端口的功率資源。采用20引腳晶圓級四方扁平無引線（WQFN）封裝（3mm x 4mm），體積小巧，并且符合UL列表 - 文件號E169910，保證了產(chǎn)品的安全性和可靠性。

應(yīng)用場景廣泛

筆記本與顯示器

在筆記本中的USB Type - C主機端口，TPS25810可用于休眠充電，為用戶提供更加便捷的充電體驗。同時，在LCD監(jiān)視器/擴展塢和充電托板中也能發(fā)揮重要作用，實現(xiàn)高效的電源管理和數(shù)據(jù)傳輸。

充電器應(yīng)用

Type - C USB壁式充電器也是TPS25810的典型應(yīng)用場景之一，它能夠為設(shè)備提供穩(wěn)定的充電電流，確保充電過程的安全和高效。

規(guī)格參數(shù)詳解

絕對最大額定值與ESD評級

TPS25810在絕對最大額定值方面有著明確的規(guī)定，如引腳電壓、引腳電流、工作結(jié)溫、存儲溫度范圍等。在ESD評級方面，它能夠承受人體模型（HBM）+2000V、帶電設(shè)備模型（CDM）+500V等靜電放電，并且CC1和CC2引腳在IEC標準下也有相應(yīng)的防護能力，這保證了器件在實際應(yīng)用中的可靠性。

電氣與開關(guān)特性

在電氣特性方面，不同溫度和工作條件下，其輸出功率開關(guān)的導(dǎo)通電阻、短路電流限制、放電電阻等參數(shù)都有詳細的規(guī)定。開關(guān)特性方面，如輸出電壓的上升時間、下降時間、電流限制響應(yīng)時間等，也為工程師在設(shè)計電路時提供了重要的參考依據(jù)。

熱信息與典型特性

熱信息部分給出了器件的熱阻、表征參數(shù)等，幫助工程師進行散熱設(shè)計。典型特性曲線則展示了不同參數(shù)隨溫度的變化情況，如$VBUS$電流限制開關(guān)導(dǎo)通電阻與溫度的關(guān)系、$ILIM$與溫度的關(guān)系等，使工程師能夠更好地了解器件的性能。

詳細工作原理

USB Type - C基礎(chǔ)概念

要理解TPS25810的工作原理，首先需要了解USB Type - C的一些基本概念。USB Type - C消除了主機和設(shè)備功能所需的不同插頭和插座類型，通過配置通道（CC）來維持主機到設(shè)備的邏輯關(guān)系。所有USB Type - C端口可工作在主機模式、設(shè)備模式和雙角色模式三種數(shù)據(jù)模式下，端口類型包括DFP（下游面向端口）、UFP（上游面向端口）和DRP（雙角色端口）。

配置通道與連接檢測

TPS25810通過CC1和CC2引腳來檢測端口的連接情況和解決電纜方向問題。它采用拉上和拉下終端模型，通過檢測產(chǎn)品中的終端來確定連接是否有效。例如，UFP會在其CC引腳（CC1和CC2）上通告$R_d$，而帶電電纜會在插頭的一個CC引腳上通告$R_a$，模擬音頻設(shè)備會在兩個CC引腳上通告$R_a$。

電流能力通告與過載保護

TPS25810支持USB Type - C標準定義的三種電流通告，通過CHG和CHG_HI引腳控制向連接的UFP廣播的電流。在過載情況下，內(nèi)部電流限制調(diào)節(jié)器會將輸出電流限制在選定的$ILIM$，并通過FAULT引腳發(fā)出信號。如果過載情況持續(xù)時間過長，器件會進行熱循環(huán)，以保護內(nèi)部FET和系統(tǒng)安全。

欠壓鎖定（UVLO）與其他功能

欠壓鎖定（UVLO）電路會在輸入電壓達到閾值之前禁用電源開關(guān)，內(nèi)置的遲滯功能可防止因輸入電壓下降而導(dǎo)致的不必要的開關(guān)循環(huán)。此外，TPS25810還具備音頻和調(diào)試附件檢測、插頭極性檢測、設(shè)備啟用控制、負載檢測、端口功率管理等功能，為系統(tǒng)的完整性和穩(wěn)定性提供了保障。

應(yīng)用與實現(xiàn)要點

設(shè)計流程

在實現(xiàn)一個全功能的Type - C DFP時，可以按照以下設(shè)計流程進行。首先要明確TPS25810的功能特點，它僅在檢測到UFP連接時才向V$BUS$供電，并通過CC引腳通告其電流能力。同時，要注意該器件不支持BC 1.2，如果需要支持BC 1.2與Type - C充電模式，需要搭配如TPS2514A等器件使用。

典型應(yīng)用設(shè)計

無BC 1.2支持的Type - C DFP端口實現(xiàn)

對于無BC 1.2支持的Type - C DFP端口設(shè)計，需要考慮輸入和輸出電容的選擇。輸入電容可以減少輸入電壓的過沖和下降，輸出電容可以控制輸出電壓的下沖。在設(shè)計時，應(yīng)將至少120μF的旁路電容靠近IN引腳放置，同時在Type - C插座的V$BUS$引腳附近放置10 - μF的旁路電容。此外，要根據(jù)系統(tǒng)支持的最大電流水平設(shè)置CHG和CHG_HI引腳的電平，REF和REF_RTN引腳之間應(yīng)連接一個1% 100 - kΩ的電阻。

有BC 1.2支持的Type - C DFP端口實現(xiàn)

當需要支持BC 1.2時，需要使用如TPS2514A這樣的USB專用充電端口（DCP）控制器。在設(shè)計過程中，同樣要遵循上述的設(shè)計原則，同時要參考TPS2514A的相關(guān)規(guī)格和設(shè)計要求。

電源供應(yīng)與布局建議

電源供應(yīng)

TPS25810有三個電源供應(yīng)輸入，分別為IN1、IN2和AUX。在大多數(shù)應(yīng)用中，這三個供應(yīng)可以連接在一起。在特殊的應(yīng)用場景，如電源喚醒功能中，IN1/IN2可以連接到一個電源，而AUX由一個始終開啟的低電壓電源供電。同時，要注意USB規(guī)范對$VBUS$電壓的要求，合理布局電源以減少電壓下降。

布局指南

在布局方面，要遵循一些最佳實踐。例如，在Type - C插座附近放置10 - μF的陶瓷電容，在IN1引腳附近放置120μF的陶瓷電容，并盡量減小旁路電容連接、IN1引腳和IC的GND引腳形成的環(huán)路面積。高電流承載的電源路徑連接應(yīng)盡可能短，輸入和輸出跡線也應(yīng)盡量短，以減少電壓下降。連接到REF引腳的電阻應(yīng)使用1% 100 - kΩ的低溫度系數(shù)電阻，并將REF_RTN引腳與GND平面隔離。此外，要注意CC線的長度應(yīng)盡量保持一致，對于未使用的開漏輸出引腳，可以將其開路或連接到GND。

器件與文檔支持

器件支持

TI公司對于TPS25810提供了相關(guān)的器件支持，但對于第三方產(chǎn)品或服務(wù)，TI不構(gòu)成對其適用性的認可或擔(dān)保。

文檔支持

在文檔支持方面，有《PowerPad?耐熱增強型封裝》《PowerPAD?速成》《TPS25810EVM - 745用戶指南》《TPS25810高壓DFP保護》等相關(guān)文檔可供參考。工程師可以通過導(dǎo)航至德州儀器TI.com.cn上的器件產(chǎn)品文件夾，注冊接收文檔更新通知，以便及時了解產(chǎn)品信息的變化。

社區(qū)資源

TI E2E?在線社區(qū)為工程師們提供了一個交流和學(xué)習(xí)的平臺，在這里可以咨詢問題、分享知識、拓展思路并與同行工程師一道幫助解決問題。

總之，TPS25810作為一款功能強大的USB Type - C DFP控制器和電源開關(guān)，為電子工程師在設(shè)計USB Type - C相關(guān)產(chǎn)品時提供了豐富的選擇和可靠的保障。在實際應(yīng)用中，工程師們需要根據(jù)具體的需求和場景，合理選擇和使用該器件，并遵循相關(guān)的設(shè)計原則和布局指南，以確保產(chǎn)品的性能和穩(wěn)定性。你在使用TPS25810的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。