TUSB9261：USB 3.0 到 SATA 橋接器的技術剖析與應用指南

在當今的電子設備領域，數據傳輸的高效性和穩(wěn)定性至關重要。TUSB9261 作為一款 ARM? Cortex? M3 微控制器為基礎的 USB 3.0 到串行 ATA 橋接器，為硬盤驅動器（HDD）、固態(tài)硬盤驅動器（SSD）、光驅等設備與 USB 3.0 總線之間的連接提供了強大的解決方案。今天，我們就來深入探討一下 TUSB9261 的各項特性、應用場景以及設計要點。

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一、TUSB9261 的特性亮點

1.1 USB 相關特性

TUSB9261 完全符合 SuperSpeed USB 3.0 標準（TID 340730020），集成的收發(fā)器支持 SS/HS/FS 信號傳輸。其擁有一流的自適應均衡器，大大提高了接收器的抖動容限。在 USB 類支持方面，它涵蓋了 USB 附加 SCSI 協(xié)議（UASP）、USB 大容量存儲類批量傳輸（BOT），并支持 BOT 規(guī)范中定義的 13 種錯誤情況，同時還具備 USB 可引導性支持和 USB 人機接口設備（HID）功能。此外，通過 TI 提供的應用程序，還能實現通過 USB 進行固件更新。

1.2 SATA 接口特性

該橋接器支持 Serial ATA 規(guī)范修訂版 2.6，包括 Gen1i、Gen1m、Gen2i 和 Gen2m，適用于與 ATA/ATAPI - 8 規(guī)范兼容的大容量存儲設備。

1.3 核心與外設特性

集成的 ARM Cortex M3 核心可通過 SPI 接口從 EEPROM 加載可定制的應用代碼，還有兩個額外的 SPI 端口片選用于外設連接。它提供多達 12 個通用輸入輸出（GPIO）供用戶配置，其中兩個 GPIO 具備 PWM 功能，可用于控制 LED 閃爍速度，同時還配備了用于調試的串行通信接口（UART）。

1.4 通用特性

集成的擴頻時鐘生成功能使其能夠使用單個低成本晶體或時鐘振蕩器工作，支持 40 MHz 頻率。具備 JTAG 接口，用于 IEEE1149.1 和 IEEE1149.6 邊界掃描，并且采用完全符合 RoHS 標準的封裝。

二、應用場景廣泛

TUSB9261 的應用場景十分豐富，常見于外部 HDD/SSD、外部 DVD、外部 CD 以及基于 HDD 的便攜式媒體播放器等設備中，為這些設備與計算機之間的數據傳輸搭建了高效的橋梁。

三、詳細的技術規(guī)格

3.1 電氣與溫度規(guī)格

在絕對最大額定值、ESD 額定值、推薦工作條件和熱信息等方面，TUSB9261 都有明確的規(guī)定。例如，其靜電放電（ESD）的人體模型（HBM）為 +2000 V，帶電設備模型（CDM）為 ±1500 V；推薦的數字 1.1 - V 電源電壓范圍是 1.045 - 1.155 V 等。

3.2 功率消耗

在 SuperSpeed USB 和高速 USB 模式下，TUSB9261 的功率消耗也有相應的典型值。如在 SuperSpeed USB 模式下，VDD11 的典型活動電流為 291 mA，典型暫停電流為 153 mA；VDD33 的典型活動電流為 65 mA，典型暫停電流為 28 mA。

3.3 時鐘相關規(guī)格

對于時鐘和晶體，TUSB9261 也有嚴格的要求。它支持外部振蕩器源或晶體單元，晶體輸入（XI）和輸出（XO）在使用晶體時需要連接 1 - MΩ 反饋電阻。時鐘的頻率公差在 - 50 到 50 ppm 之間，占空比為 45% - 55% 等。

四、功能模塊與工作原理

4.1 主要功能模塊

TUSB9261 包含 Cortex M3 微控制器子系統(tǒng)，其中有時間中斷模塊（包括看門狗定時器）、通用異步收發(fā)器（SCI）、SPI、GPIO 和 PWM 等外設；還有 USB 3.0 核心（端點控制器）和集成的 USB 3.0 PHY，以及符合 AHCI 標準的 SATA 控制器和集成的 SATA PHY，同時具備芯片級時鐘生成和分配功能，并支持 JTAG 1149.1 和 1149.6。

4.2 工作流程

全局復位后，TUSB9261 的 ROM 中的引導代碼會執(zhí)行，將固件鏡像從連接的 SPI 閃存加載到本地 RAM。固件加載完成后，會對 SATA 高級主機控制器接口主機總線適配器（AHCI）和 USB 設備控制器進行配置。在配置 AHCI 時，會進行端口復位，發(fā)起帶外（OOB）TX 序列以檢測設備連接并協(xié)商連接速度；配置 USB 設備控制器時，會創(chuàng)建描述符、配置設備端點以支持 UASP 和 USB 大容量存儲類 BOT 等。

五、應用設計要點

5.1 電源供應

TUSB9261 需要 1.1 - V 和 3.3 - V 的數字電源以及模擬電源。數字電源的 VDD11 和 VDD33 需連接 0.1 - μF 的旁路電容到地，同時建議在數字電源端子上添加 0.01 - μF 的小電容；模擬電源建議使用 Pi 濾波器，并連接 1 - μF 和 10 - μF 的旁路電容到 VSSA，也可添加 0.1 - μF 和 0.01 - μF 的小電容。

5.2 布局設計

在布局方面，高速差分對（如 USB_DM 和 USB_DP、USB_SSTXM 和 USB_SSTXP、SATA_TXP 和 SATA_TXM 等）的布線有嚴格要求。例如，USB 高速差分對的布線應具有 90 - Ω、±15% 的差分阻抗，高速信號對的走線長度應匹配，最大長度偏差不超過 150 密耳（對于 SuperSpeed USB 和 SATA 信號對不超過 2.5 密耳），且應優(yōu)先布線差分走線，盡量減少過孔數量等。為減少串擾，建議遵循 5W 規(guī)則，即相鄰差分對之間的間距為走線寬度的五倍。

5.3 接口設計

PWM 輸出可用于驅動指示燈，如 PWM0 可用于指示 USB 連接狀態(tài)和磁盤活動，PWM1 可作為電源指示燈；JTAG 接口用于板級測試和調試，若不需要 JTAG 支持，可將其端子不連接或連接到外部 JTAG 控制器；SPI 接口用于與閃存設備通信，其時鐘頻率固定為 18.75 MHz，時鐘模式為 POLARITY = 0 和 PHASE = 1。

六、總結與思考

TUSB9261 憑借其豐富的功能和出色的性能，為 USB 3.0 到 SATA 設備的連接提供了可靠的解決方案。在實際設計中，我們需要充分考慮其各項技術規(guī)格和設計要點，確保設備的穩(wěn)定性和性能。例如，在電源供應和布局設計方面，任何一個小的疏忽都可能影響到整個系統(tǒng)的正常運行。那么，在你的實際項目中，是否遇到過類似橋接器應用的挑戰(zhàn)呢？你又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經驗和見解。

通過對 TUSB9261 的深入了解，我們可以更好地利用這款橋接器，為電子設備的設計和開發(fā)帶來更多的可能性。希望本文能為廣大電子工程師在相關設計中提供有價值的參考。