英飛凌EZ - PD? PMG1 - S3：高性能USB - C電源傳輸微控制器深度剖析

在當(dāng)今的電子設(shè)備設(shè)計(jì)中，高性能、多功能且可靠的電源傳輸微控制器是實(shí)現(xiàn)高效電源管理和數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵。英飛凌的EZ - PD? PMG1 - S3就是這樣一款引人注目的產(chǎn)品，它為各類設(shè)備、擴(kuò)展塢和配件應(yīng)用提供了強(qiáng)大的支持。

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一、EZ - PD? PMG1家族概述

EZ - PD? PMG1是一系列高壓USB - C電源傳輸（PD）微控制器（MCU），集成了Arm? Cortex? - M0/M0 + CPU、USB - C PD控制器以及豐富的模擬和數(shù)字外設(shè)。該家族包括多個(gè)型號，如PMG1 - S0、PMG1 - S1、PMG1 - S2和PMG1 - S3，每個(gè)型號都有其獨(dú)特的特性和適用場景。

二、EZ - PD? PMG1 - S3詳細(xì)特性

（一）強(qiáng)大的處理與存儲能力

1. 32位MCU子系統(tǒng)：采用48 - MHz的Arm? Cortex? - M0 + CPU，并配備DMA，能夠高效地處理各種任務(wù)，同時(shí)降低功耗。
2. 大容量內(nèi)存：擁有256 KB的Flash、32 KB的SRAM和96 KB包含PD代碼的ROM，為程序存儲和運(yùn)行提供了充足的空間。

（二）豐富的Type - C/PD功能

1. 雙Type - C/PD模塊：每個(gè)模塊都配備了基帶收發(fā)器，支持USB Power Delivery 3.1標(biāo)準(zhǔn)，并支持28 V擴(kuò)展電源范圍（EPR）。
2. 集成保護(hù)功能：具備可配置的VBUS過壓保護(hù)（OVP）、過流保護(hù)（OCP）、短路保護(hù)（SCP）和反向電流（RCP）保護(hù)，確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
3. 高速開關(guān)與控制：集成了兩個(gè)VBUS NFET柵極驅(qū)動器，并具備壓擺率控制功能，可有效限制浪涌電流。

（三）多樣化的接口與外設(shè)

1. 可重配置的串行通信塊（SCBs）：多達(dá)八個(gè)SCB可在運(yùn)行時(shí)重新配置為I2C、SPI或UART，滿足不同的通信需求。
2. 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器脈沖寬度調(diào)制器（TCPWMs）：同樣多達(dá)八個(gè)TCPWM，可用于內(nèi)部計(jì)時(shí)或在GPIO上提供PWM功能。
3. 可編程GPIO引腳：最多50個(gè)GPIO引腳，每個(gè)引腳都可配置為CAPSENSE?、模擬或數(shù)字模式，并且支持可編程驅(qū)動模式、強(qiáng)度和壓擺率。
4. 集成模擬模塊：包含兩個(gè)8位SAR ADC、一個(gè)12位SAR ADC、兩個(gè)運(yùn)算放大器和兩個(gè)低功耗比較器，為模擬信號處理提供了強(qiáng)大的支持。
5. 電容感應(yīng)功能：通過CAPSENSE? sigma - delta（CSD）提供了出色的信噪比（SNR）（>5:1）和防水性能，并且英飛凌提供的軟件組件使電容感應(yīng)設(shè)計(jì)變得簡單。
6. 硬件加密引擎：用于安全的固件啟動和簽名固件更新，保障系統(tǒng)的安全性。
7. USB全速設(shè)備與充電器檢測：支持廣告牌類和HID類應(yīng)用，用于固件下載，并可檢測符合BC 1.2、Apple Charger、QC3.0和AFC規(guī)格的傳統(tǒng)電池充電器。

三、功能模塊詳解

（一）CPU與內(nèi)存子系統(tǒng)

1. CPU：Cortex? - M0 +是一款專為低功耗操作而優(yōu)化的32位MCU，采用了廣泛的時(shí)鐘門控技術(shù)。它主要使用16位指令，執(zhí)行Thumb - 2指令集的子集，并集成了硬件乘法器，可在一個(gè)周期內(nèi)提供32位結(jié)果。
2. 內(nèi)存：Flash、SRAM和ROM的合理配置，為程序的存儲、運(yùn)行和系統(tǒng)的初始化提供了有力支持。
3. 加密加速器：支持矢量單元（VU）、SHA2（256位）、AES（128位）和真隨機(jī)數(shù)生成器（TRNG）等功能，為系統(tǒng)的安全通信和數(shù)據(jù)保護(hù)提供了保障。

（二）系統(tǒng)資源

1. 電源系統(tǒng)：可在2.8 V至5.5 V（VSYS）或4 V至28 V（VBUS）的單外部電源下工作，具備三種不同的電源模式（活動、睡眠、深度睡眠），并能確保各模式下電壓的穩(wěn)定性。
2. 時(shí)鐘系統(tǒng)：完全集成的時(shí)鐘系統(tǒng)，無需外部晶體，可提供穩(wěn)定的時(shí)鐘信號，并支持不同時(shí)鐘源之間的無毛刺切換。
3. 看門狗定時(shí)器：在時(shí)鐘塊中實(shí)現(xiàn)，可在深度睡眠模式下工作，確保系統(tǒng)的可靠性。
4. 復(fù)位：支持多種復(fù)位源，可記錄復(fù)位原因，確保系統(tǒng)恢復(fù)到已知狀態(tài)。
5. 電壓參考：可通過GPIO引腳繞過內(nèi)部參考或使用外部參考，提高信號的信噪比和絕對精度。

（三）模擬模塊

1. 12位SAR ADC：最高采樣率可達(dá)1 MS/秒，具備高精度和靈活的配置選項(xiàng)，可滿足不同的模擬信號采集需求。
2. 連續(xù)時(shí)間塊迷你（CTBm）：包含兩個(gè)運(yùn)算放大器，具有多種功率模式和比較器模式，可在深度睡眠模式下工作，實(shí)現(xiàn)快速的模擬系統(tǒng)啟動。
3. 溫度傳感器：片上溫度傳感器可實(shí)現(xiàn)高精度的溫度測量，并可通過關(guān)閉電流源來節(jié)省功率。
4. 低功耗比較器：可在深度睡眠模式下工作，用于監(jiān)測外部電壓水平，同時(shí)可將比較器輸出路由到引腳，用于實(shí)現(xiàn)控制回路。
5. 模擬多路復(fù)用總線：兩個(gè)獨(dú)立的總線可連接到固件可編程的模擬開關(guān)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部資源與I/O端口的靈活連接。

（四）USB - PD子系統(tǒng)

1. USB - PD物理層：包含發(fā)射器和接收器，可根據(jù)PD 3.1標(biāo)準(zhǔn)在CC線上通信BMC編碼數(shù)據(jù)。
2. VCONN FET：集成了兩個(gè)VCONN FET，可為CC1或CC2引腳提供電源。
3. ADC：低占用空間的8位SAR ADC，可用于通用的A - D轉(zhuǎn)換應(yīng)用。
4. SBU Mux：97 - BGA封裝包含一組模擬開關(guān)，可用于連接Type - C連接器的SBU1和SBU2引腳與DisplayPort或Thunderbolt的AUX引腳。
5. 負(fù)載開關(guān)控制器：具備過壓、欠壓、過流、短路和反向電流保護(hù)功能，并可實(shí)現(xiàn)VBUS放電和調(diào)節(jié)。

（五）固定功能數(shù)字模塊

1. 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器/PWM模塊：可用于實(shí)現(xiàn)內(nèi)部計(jì)時(shí)、PWM輸出和電機(jī)驅(qū)動控制等功能。
2. SCB：支持I2C、SPI和UART通信協(xié)議，具備多主機(jī)仲裁和靈活的緩沖選項(xiàng)，可減少CPU的中斷開銷和延遲。
3. GPIO接口：提供豐富的驅(qū)動模式和配置選項(xiàng)，可在不同的電源模式下保持引腳狀態(tài)，為系統(tǒng)的擴(kuò)展和控制提供了便利。

四、引腳與應(yīng)用

（一）引腳布局

PMG1 - S3提供了48 - QFN和97 - BGA兩種封裝形式，每種封裝都有其特定的引腳布局和功能。通過合理的引腳配置，可以實(shí)現(xiàn)不同的外設(shè)連接和功能擴(kuò)展。

（二）應(yīng)用示例

1. 單端口電源消費(fèi)者應(yīng)用：可用于需要與充電器協(xié)商以獲取更高電壓的設(shè)備，如移動電源、平板電腦等。
2. 雙端口電源消費(fèi)者應(yīng)用：適用于需要同時(shí)從兩個(gè)Type - C端口獲取電源的設(shè)備，如筆記本電腦、擴(kuò)展塢等。
3. 雙端口電源提供者應(yīng)用：可用于為其他設(shè)備提供電源的充電器、USB Hub等。

五、電氣規(guī)格與訂購信息

（一）電氣規(guī)格

文檔中詳細(xì)列出了PMG1 - S3的各項(xiàng)電氣規(guī)格，包括絕對最大額定值、DC規(guī)格、AC規(guī)格等。這些規(guī)格為工程師在設(shè)計(jì)電路時(shí)提供了重要的參考依據(jù)，確保系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運(yùn)行。

（二）訂購信息

提供了不同型號的PMG1 - S3的訂貨信息，包括MPN、GPIO數(shù)量、Type - C端口數(shù)量、功能特性和封裝形式等，方便工程師根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇。

六、總結(jié)與思考

英飛凌的EZ - PD? PMG1 - S3微控制器以其強(qiáng)大的處理能力、豐富的功能和可靠的性能，為USB - C電源傳輸和設(shè)備控制提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師可以根據(jù)具體的需求選擇合適的封裝和功能配置，同時(shí)充分利用其提供的開發(fā)工具和文檔資源，快速完成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和開發(fā)。

然而，在使用過程中也需要注意一些問題，如電源管理、引腳配置、電磁兼容性等。例如，在高功率應(yīng)用中，如何確保電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率？如何合理配置GPIO引腳以避免信號干擾？這些都是需要我們深入思考和解決的問題。希望通過本文的介紹，能為各位工程師在使用EZ - PD? PMG1 - S3時(shí)提供一些有用的參考和啟發(fā)。