TUSB1210-Q1 USB收發(fā)器芯片：設(shè)計(jì)與應(yīng)用的全方位解析

在當(dāng)今的電子設(shè)備領(lǐng)域，USB接口的重要性不言而喻。它已經(jīng)成為了數(shù)據(jù)傳輸和設(shè)備連接的標(biāo)準(zhǔn)接口，廣泛應(yīng)用于從手機(jī)、平板電腦到電腦、游戲機(jī)等各類設(shè)備中。而TUSB1210-Q1這款USB2.0收發(fā)器芯片，憑借其卓越的性能和豐富的功能，成為了電子工程師在設(shè)計(jì)USB接口時(shí)的理想選擇之一。今天，我們就來(lái)深入探討一下TUSB1210-Q1芯片的相關(guān)特性、應(yīng)用以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

文件下載：tusb1210-q1.pdf

一、TUSB1210-Q1芯片概述

TUSB1210-Q1是一款專為USB2.0應(yīng)用設(shè)計(jì)的獨(dú)立收發(fā)器芯片，經(jīng)過(guò)AEC - Q100認(rèn)證，符合汽車級(jí)應(yīng)用要求。其具有-40°C至85°C的工作溫度范圍，HBM ESD分類為1C，CDM ESD分類為C4B，具備良好的抗靜電能力和穩(wěn)定性，能夠在復(fù)雜的環(huán)境中可靠工作。

它通過(guò)ULPI 12引腳接口與USB控制器連接，完全符合通用串行總線規(guī)范2.0版及其OTG補(bǔ)充規(guī)范1.3版，以及UTMI + 低引腳接口（ULPI）規(guī)范1.1版。支持高速（480 Mbps）、全速（12 Mbps）和低速（1.5 Mbps）三種USB2.0數(shù)據(jù)速率，適用于主機(jī)、外設(shè)和OTG設(shè)備核心，尤其針對(duì)內(nèi)置USB OTG設(shè)備核心的便攜式設(shè)備或系統(tǒng)ASIC進(jìn)行了優(yōu)化。

二、芯片特性詳細(xì)剖析

2.1 時(shí)鐘與電源管理特性

• 時(shí)鐘配置：芯片集成了高性能低抖動(dòng)的480 MHz PLL，支持兩種時(shí)鐘配置。通過(guò)REFCLK引腳和CFG引腳可以靈活選擇參考時(shí)鐘的頻率和輸入方式。在ULPI輸入時(shí)鐘配置下，REFCLK需外部接地，CLOCK作為輸入提供60 MHz的ULPI時(shí)鐘，該時(shí)鐘同時(shí)作為480 MHz USB PLL塊的參考時(shí)鐘。而在ULPI輸出時(shí)鐘配置下，REFCLK引腳需提供外部參考時(shí)鐘（19.2 MHz或26 MHz），當(dāng)檢測(cè)到輸入時(shí)鐘后，CLOCK引腳將自動(dòng)切換為輸出60 MHz ULPI時(shí)鐘的模式。這種靈活的時(shí)鐘配置方式，使得芯片能夠更好地適應(yīng)不同的系統(tǒng)時(shí)鐘環(huán)境，提高了系統(tǒng)的兼容性和靈活性。
• 電源管理：TUSB1210-Q1集成了3.3 V LDO，能夠靈活適配電池供電系統(tǒng)或純3.3 V供電系統(tǒng)。主電源和3.3 V電源域均可通過(guò)外部開關(guān)模式轉(zhuǎn)換器供電，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的電源效率。此外，芯片還包含POR電路，用于檢測(cè)$V{BAT}$和$V{DDIO}$引腳的電源存在情況，并且可以通過(guò)設(shè)置進(jìn)入低功耗模式，降低系統(tǒng)功耗，延長(zhǎng)設(shè)備的續(xù)航時(shí)間。

2.2 USB收發(fā)器特性

• 支持多種USB模式：芯片支持USB2.0的所有數(shù)據(jù)速率和主機(jī)、外設(shè)（OTG）模式，還額外支持UART模式和傳統(tǒng)的ULPI串行模式，為不同的應(yīng)用場(chǎng)景提供了多樣化的選擇。
• PHY電氣特性：PHY作為USB 2.0的物理信號(hào)層，包含了DP和DM線路上進(jìn)行物理數(shù)據(jù)和協(xié)議信號(hào)傳輸所需的所有驅(qū)動(dòng)器和接收器。其內(nèi)部的發(fā)射器和接收器分為全速（FS）、低速（LS）和高速（HS）三類。同時(shí)，PHY還包含參考生成電路，如DPLL用于實(shí)現(xiàn)480 - MHz低抖動(dòng)鎖相，以滿足USB高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?；開關(guān)電容電阻塊用于在芯片上復(fù)制外部電阻。此外，內(nèi)置的上拉和下拉電阻作為協(xié)議信號(hào)的一部分，確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和準(zhǔn)確性。而且，PHY電路具備保護(hù)功能，能夠防止DP和DM線路意外短路到5 V的情況，提高了芯片的可靠性。

2.3 OTG特性

OTG（On - The - Go）功能是TUSB1210-Q1的一大特色，它集成了USB插頭檢測(cè)、ID電阻檢測(cè)和$BUS$電平檢測(cè)三大主要功能。通過(guò)這些功能，芯片能夠在不同的設(shè)備角色之間快速切換，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的直接通信，無(wú)需額外的主機(jī)設(shè)備，為移動(dòng)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸提供了極大的便利。

三、應(yīng)用場(chǎng)景與典型設(shè)計(jì)

3.1 應(yīng)用場(chǎng)景廣泛

TUSB1210-Q1適用于多種電子設(shè)備，包括但不限于手機(jī)、平板電腦、臺(tái)式電腦、便攜式電腦、視頻游戲機(jī)和便攜式音樂(lè)播放器等。在這些設(shè)備中，它可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸和設(shè)備之間的連接，滿足用戶對(duì)數(shù)據(jù)交換和設(shè)備互聯(lián)的需求。

3.2 典型應(yīng)用設(shè)計(jì)

3.2.1 ULPI輸入時(shí)鐘模式應(yīng)用

在主機(jī)或OTG應(yīng)用的ULPI輸入時(shí)鐘模式下，芯片的60 MHz ULPI時(shí)鐘由鏈接處理器提供。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：

• 引腳連接：CS引腳可在CSOUT引腳不可用時(shí)連接到$V{IO}$；REFCLK引腳必須接地；CFG引腳由于采用ULPI輸入時(shí)鐘模式，其高低電平設(shè)置無(wú)關(guān)緊要；RESETB引腳在不使用時(shí)可連接到$V_{DDIO}$；標(biāo)記為N/C的引腳為真正的不連接引腳，可以連接或浮空。
• 設(shè)計(jì)參數(shù)：典型的設(shè)計(jì)參數(shù)包括$VBAT$為3.3V，$V_{DDIO}$為1.8V，$VBUS$為5.0V，支持HS、FS、LS三種USB速率，以及具備USB On the Go（OTG）功能，時(shí)鐘源為60 MHz時(shí)鐘。

3.2.2 ULPI輸出時(shí)鐘模式應(yīng)用

在設(shè)備模式的ULPI輸出時(shí)鐘模式下，60 MHz ULPI時(shí)鐘由TUSB1210-Q1提供，而鏈接處理器或其他外部電路提供REFCLK。設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：

• 引腳連接：CS引腳可在CSOUT引腳不可用時(shí)連接到$V{IO}$；CFG引腳根據(jù)REFCLK的頻率設(shè)置，若為26 MHz則連接到$V{DDIO}$，若為19.2 MHz則連接到GND；REFCLK引腳連接到外部3.3V方波參考時(shí)鐘；RESETB引腳在不使用時(shí)可連接到$V{DDIO}$；標(biāo)記為N/C的引腳為真正的不連接引腳，可以連接或浮空。
• 設(shè)計(jì)參數(shù)：典型的設(shè)計(jì)參數(shù)包括$VBAT$為3.3V，$V_{DDIO}$為1.8V，$VBUS$為5.0V，支持HS、FS、LS三種USB速率，時(shí)鐘源為26 MHz或19.2 MHz振蕩器。

四、電源供應(yīng)與布局建議

4.1 電源供應(yīng)

TUSB1210-Q1需要$V{BUS}$、$V{BAT}$和$V{DDIO}$三種電源。建議在$V{BAT}$存在之后再提供$V{DDIO}$，因?yàn)?V{DDIO}$到$V{BAT}$之間有一個(gè)二極管，若先提供$V{DDIO}$而$V{BAT}$未提供，該二極管會(huì)正向偏置。雖然芯片不嚴(yán)格要求$V{BUS}$才能工作，但在實(shí)際應(yīng)用中，$V{BUS}$通常連接到USB連接器的$V{BUS}$引腳，為芯片提供5.0 V的電源。

4.2 布局建議

• 電源隔離：$V{DDIO}$、$V{BAT}$和$V_{BUS}$引腳的電源軌可以通過(guò)鐵氧體磁珠與其他電源軌隔離，以減少噪聲干擾。
• 電容配置：所有電源軌都需要0.1 μF的去耦電容，以確保電源的穩(wěn)定性和抗干擾能力。較小的去耦電容應(yīng)盡可能靠近TUSB1210-Q1的電源引腳放置，每個(gè)引腳建議使用兩個(gè)不同值的電容進(jìn)行優(yōu)化組合。

五、總結(jié)與展望

TUSB1210-Q1作為一款高性能的USB2.0收發(fā)器芯片，憑借其豐富的功能、靈活的配置和良好的穩(wěn)定性，為電子工程師在設(shè)計(jì)USB接口時(shí)提供了強(qiáng)大的支持。在汽車電子、消費(fèi)電子等眾多領(lǐng)域，它都有著廣泛的應(yīng)用前景。隨著USB技術(shù)的不斷發(fā)展，相信TUSB1210-Q1芯片也將不斷優(yōu)化和改進(jìn)，為我們帶來(lái)更加便捷和高效的設(shè)備連接體驗(yàn)。

在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，工程師們需要充分了解芯片的特性和要求，結(jié)合具體的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和布局。同時(shí)，要注意遵循相關(guān)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，確保設(shè)計(jì)的可靠性和穩(wěn)定性。希望本文能夠?yàn)殡娮庸こ處焸冊(cè)谑褂肨USB1210-Q1芯片時(shí)提供一些有價(jià)值的參考和指導(dǎo)。

你在使用TUSB1210-Q1芯片的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題？或者你對(duì)芯片的哪些特性最感興趣？歡迎在評(píng)論區(qū)留言分享你的經(jīng)驗(yàn)和想法。