TUSB320HI/LI：USB Type-C配置通道邏輯和端口控制的理想之選

在當(dāng)今的電子設(shè)備中，USB Type-C接口憑借其小巧、可逆以及強大的傳輸和供電能力，成為了主流的連接方式。為了實現(xiàn)USB Type-C端口所需的配置通道（CC）邏輯，德州儀器（TI）推出了TUSB320HI和TUSB320LI器件。今天，我們就來詳細探討一下這兩款器件的特性、應(yīng)用以及設(shè)計要點。

文件下載：tusb320hi.pdf

一、器件概述

TUSB320HI和TUSB320LI器件（以下統(tǒng)稱TUSB320）可在USB Type-C端口上實現(xiàn)Type-C生態(tài)系統(tǒng)所需的配置通道（CC）邏輯。它們使用CC引腳來確定端口的連接狀態(tài)和電纜方向，以及進行角色檢測和Type-C電流模式控制。該器件可配置為下行端口（DFP）、上行端口（UFP）或雙角色端口（DRP），適用于各種主機、設(shè)備和雙角色端口應(yīng)用，如移動電話、平板電腦、筆記本電腦和USB外設(shè)等。

二、特性亮點

2.1 兼容性與電流支持

• 規(guī)范兼容：兼容USB Type-C?規(guī)范1.1，并向后兼容USB Type-C規(guī)范1.0，確保了與不同版本設(shè)備的互操作性。
• 電流通告和檢測：支持高達3A的電流通告和檢測，可配置為僅主機 - 下行端口（DFP）、僅設(shè)備 – 上行端口（UFP）或雙角色端口（DRP），并支持Try.SRC和Try.SNK功能。

2.2 通道配置與檢測功能

• CC通道邏輯：通過CC引腳實現(xiàn)USB端口連接檢測、電纜方向檢測、角色檢測以及Type-C電流模式（默認、中等和高）控制。
• VBUS檢測：可檢測VBUS電壓，用于確定UFP的連接狀態(tài)。

2.3 控制方式與電源特性

• I2C或GPIO控制：支持I2C或GPIO控制方式，可通過I2C實現(xiàn)角色配置控制。
• 寬電源范圍與低功耗：電源電壓范圍為2.7V至5V，具有低電流消耗特性，適用于工業(yè)溫度范圍（–40°C至85°C）。

三、端口角色配置

TUSB320器件可以通過PORT引腳配置為DFP、UFP或DRP模式，為不同應(yīng)用場景提供了靈活的選擇。

3.1 下游端口（DFP）

將PORT引腳拉高可將器件配置為DFP模式。在該模式下，器件會在CC引腳上呈現(xiàn)Rps，并默認通告USB Type-C的默認電流。若需要更高的電流，可以通過I2C寄存器進行調(diào)整。不過，需要注意的是，TUSB320作為Type-C 1.1的DFP，無法與Type-C 1.0的DRP設(shè)備連接，這是由于向后兼容性問題導(dǎo)致的。

3.2 上游端口（UFP）

將PORT引腳拉低可將器件配置為UFP模式。在UFP模式下，器件會在CC引腳上呈現(xiàn)下拉電阻（Rd），并監(jiān)測CC引腳的電壓以確定連接的DFP所通告的電流模式。當(dāng)檢測到有效連接后，器件會通過OUT1和OUT2 GPIOs或I2C CURRENT_MODE_DETECT寄存器將檢測到的電流模式信息傳遞給系統(tǒng)。

3.3 雙角色端口（DRP）

將PORT引腳浮空可將器件配置為DRP模式。在DRP模式下，器件會在DFP和UFP模式之間切換。此外，TUSB320還支持Try.SRC和Try.SNK功能，可通過I2C寄存器進行配置，使DRP設(shè)備在連接時能夠優(yōu)先選擇所需的角色。

四、Type-C電流模式

當(dāng)完成有效的電纜檢測和連接后，DFP可以選擇通告UFP能夠吸收的Type-C電流水平。TUSB320器件的默認電流通告為USB2.0最大500 mA或USB3.1最大900 mA。如果需要更高的電流，可以通過I2C寄存器配置為1.5A的中等電流或3A的高電流。需要注意的是，當(dāng)通告3A電流時，系統(tǒng)設(shè)計人員必須確保TUSB320器件的$V_{DD}$電壓為3.5V或更高。

五、應(yīng)用與設(shè)計

5.1 典型應(yīng)用示例

TUSB320器件在不同的端口模式下都有典型的應(yīng)用設(shè)計，以下以DRP模式為例進行介紹。

5.1.1 設(shè)計要求

• 電源電壓：$V_{DD}$范圍為2.75V至5V，可使用VBAT供電。
• 通信模式：采用I2C模式，ADDR引腳需拉高或拉低，本示例中ADDR引腳接地，I2C地址為0x47。
• 端口類型：PORT引腳浮空，器件配置為DRP模式。
• 關(guān)機支持：本設(shè)計不支持關(guān)機功能。

5.1.2 詳細設(shè)計步驟

• 電源連接：將VBAT連接到VDD引腳，并在VDD引腳附近放置一個100-nF的電容，以穩(wěn)定電源。
• I2C配置：將ADDR引腳接地，使器件進入I2C模式。SDA和SCL引腳需上拉至1.8V或3.3V，當(dāng)使用3.3V上拉時，$V_{DD}$電源必須至少為3V，以防止I2C接口反向供電。
• 使能引腳處理：TUSB320L的EN_N引腳接地，TUSB320H的EN引腳接1.8V或3.3V，以確保器件正常工作。
• 信號引腳連接：INTN/OUT3和ID引腳為開漏輸出，需通過200-kΩ的上拉電阻連接到$V{DD}$。VBUSDET引腳通過900-kΩ的電阻連接到$V{BUS}$，以保護器件免受高電壓的影響。
• 電容配置：根據(jù)USB2規(guī)范，不同端口模式對$V_{BUS}$的電容有不同要求。在DRP模式下，器件會在UFP和DFP模式之間切換，因此需要根據(jù)實際連接情況調(diào)整電容值。

5.2 布局指南

• 走線長度控制：在連接多個點時，要注意控制走線的長度，避免產(chǎn)生過長的Stub。例如，Type-C插座上DP和DM引腳的Stub長度不應(yīng)超過3.5mm。
• 電容放置：在TUSB320的$V_{DD}$引腳附近應(yīng)盡可能靠近放置一個100-nF的電容，以提供穩(wěn)定的電源濾波。

六、總結(jié)

TUSB320HI和TUSB320LI器件憑借其豐富的特性和靈活的配置選項，為USB Type-C端口的設(shè)計提供了強大的支持。無論是在兼容性、電流控制還是應(yīng)用靈活性方面，都表現(xiàn)出色。在實際設(shè)計中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理配置器件的端口角色、電流模式和控制方式，并遵循布局指南，以確保設(shè)計的穩(wěn)定性和可靠性。希望本文能為電子工程師們在USB Type-C設(shè)計方面提供一些有價值的參考。

大家在使用TUSB320器件的過程中，有沒有遇到過什么有趣的問題或者獨特的設(shè)計思路呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。