深入解析TUSB1105和TUSB1106：USB收發(fā)器的理想之選

引言

在當(dāng)今數(shù)字化時代，USB接口已經(jīng)成為電子設(shè)備中不可或缺的一部分。TUSB1105和TUSB1106作為先進(jìn)的通用串行總線收發(fā)器，為電子工程師在設(shè)計USB相關(guān)設(shè)備時提供了強(qiáng)大的支持。本文將深入探討這兩款收發(fā)器的特點、功能、應(yīng)用場景以及相關(guān)的技術(shù)細(xì)節(jié)，希望能為廣大電子工程師在實際設(shè)計中提供有價值的參考。

文件下載：tusb1106.pdf

產(chǎn)品概述

TUSB1105和TUSB1106是德州儀器（TI）推出的通用串行總線（USB）收發(fā)器，它們完全符合USB規(guī)范Rev. 2.0。這兩款設(shè)備能夠以全速（12 Mbit/s）和低速（1.5 Mbit/s）兩種數(shù)據(jù)速率進(jìn)行串行數(shù)據(jù)的收發(fā)，既可以作為USB設(shè)備收發(fā)器，也可以作為USB主機(jī)收發(fā)器使用。

產(chǎn)品特點

1. 兼容性強(qiáng)：與通用串行總線規(guī)范Rev. 2.0兼容，確保了與各種USB設(shè)備的良好兼容性。
2. 雙速傳輸：支持全速（12 Mbit/s）和低速（1.5 Mbit/s）數(shù)據(jù)傳輸，滿足不同應(yīng)用場景的需求。
3. 集成電壓調(diào)節(jié)器：內(nèi)置可旁路的5 - V至3.3 - V電壓調(diào)節(jié)器，可通過USB $V_{BUS}$ 供電，為設(shè)備提供穩(wěn)定的電源。
4. 多種工作模式：支持單端和差分輸入模式（TUSB1105），或僅支持差分輸入模式（TUSB1106），增加了設(shè)計的靈活性。
5. 穩(wěn)定的接收輸出：在SE0條件下，RCV輸出穩(wěn)定，保證了數(shù)據(jù)接收的可靠性。
6. 低功耗設(shè)計：非常適合便攜式設(shè)備，延長了設(shè)備的電池續(xù)航時間。
7. 寬I/O電壓范圍：支持1.65 V至3.6 V的I/O電壓范圍，可與不同電壓的外部電路兼容。
8. 高ESD防護(hù)：符合IEC - 61000 - 4 - 2 ESD標(biāo)準(zhǔn)，具有±9 - kV接觸放電模型（D +, D –, VCC(5.0)）和±15 - kV人體模型（D +, D –, VCC(5.0)）的防護(hù)能力，提高了設(shè)備的可靠性。

應(yīng)用場景

TUSB1105和TUSB1106廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中，如移動電話、個人數(shù)字助理（PDA）、信息家電（IA）和數(shù)碼相機(jī)（DSC）等。這些設(shè)備通常對功耗、尺寸和兼容性有較高的要求，而這兩款收發(fā)器正好滿足了這些需求。

功能詳細(xì)解析

引腳功能

TUSB1105和TUSB1106的引腳功能豐富多樣，不同的引腳在設(shè)備的工作中發(fā)揮著不同的作用。以下是一些主要引腳的功能介紹：

• OE（輸出使能）：CMOS電平，低電平有效，用于使能收發(fā)器在USB總線上傳輸數(shù)據(jù)。
• RCV（差分?jǐn)?shù)據(jù)接收器）：CMOS電平，當(dāng)輸入SUSPND為高電平時，輸出為低電平；在SE0條件下，輸出狀態(tài)保持穩(wěn)定。
• VP和VM（單端接收器）：用于外部檢測單端零（SE0）、錯誤條件和連接設(shè)備的速度。當(dāng)沒有電源電壓連接到Vcc(5.0)和Vreg(3.3)時，輸出為高電平。
• SUSPND（暫停）：CMOS電平，高電平使能設(shè)備在USB總線空閑時進(jìn)入低功耗狀態(tài)，并將RCV輸出拉低。
• MODE（模式選擇）：僅TUSB1105有此引腳，CMOS電平，高電平使能差分輸入模式，低電平使能單端輸入模式。
• SPEED（速度選擇）：CMOS電平，低電平選擇低速（1.5 Mbit/s），高電平選擇全速（12 Mbit/s）。
• D - 和D +（USB數(shù)據(jù)總線連接）：分別為負(fù)和正的USB數(shù)據(jù)總線連接，用于差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸。在不同速度模式下，需要通過1.5 - kΩ電阻連接到Vpu(3.3)。

功能選擇

驅(qū)動和接收功能

TUSB1105和TUSB1106在不同的輸入數(shù)據(jù)接口和引腳狀態(tài)下，具有不同的驅(qū)動和接收功能。以下是一些具體的功能表：

• TUSB1105單端輸入數(shù)據(jù)接口（Pin MODE = L）驅(qū)動功能（Pin $overline{OE}$ = L）	FSEO	VO	DATA	DATA STATE
  低速	全速
  L	L	差分邏輯0	J	K
  L	H	差分邏輯1	K	J
  H	L	SE0	X	X
  H	H	SE0	X	X

• TUSB1105（Pin MODE = H）和TUSB1106差分輸入數(shù)據(jù)接口驅(qū)動功能（Pin $overline{OE}$ = L）	VMO	VPO	DATA	DATA STATE
  低速	全速
  L	L	SE0	X	X
  H	L	差分邏輯0	J	K
  L	H	差分邏輯1	K	J
  H	H	非法狀態(tài)	X	X

• 接收功能（Pin $overline{OE}$ = H）	D +, D -	RCV	Vp	VM	DATA STATE
  低速	全速
  差分邏輯0	L	L	H	J	K
  差分邏輯1	H	H	L	K	J
  SE0	RCV*	L	L	X	X

電源供應(yīng)配置

TUSB1105和TUSB1106可以采用不同的電源供應(yīng)配置，并且可以動態(tài)更改。主要有以下三種模式：

• 正常模式：$V{CC(1 / O)}$ 和 $V{CC(5.0)}$ 或（$V{CC(5.0)}$ 和 $V{reg(3.3)}$）都連接。對于5 - V操作，$V{CC(5.0)}$ 連接到4 V至5.5 V的電源，內(nèi)部電壓調(diào)節(jié)器產(chǎn)生3.3 V的USB連接電源；對于3.3 - V操作，$V{CC(5.0)}$ 和 $V{reg(3.3)}$ 都連接到3 V至3.6 V的電源。$V{CC(UO)}$ 獨(dú)立連接到1.65 V至3.6 V的電壓源，具體取決于外部電路的電源電壓。
• 禁用模式：$V{CC(10)}$ 未連接，$V{CC(5.0)}$ 或（$V{CC(5.0)}$ 和 $V{reg(3.3)}$）連接。在這種模式下，TUSB1105和TUSB1106的內(nèi)部電路使D + 和D – 引腳處于高阻態(tài)，功耗降至低功耗（暫停）狀態(tài)水平。
• 共享模式：$V{CC(1 / O)}$ 連接，（$V{CC(5.0)}$ 和 $V{reg(3.3)}$）未連接。在這種模式下，D + 和D – 引腳處于高阻態(tài)，允許外部高達(dá)3.6 V的信號共享D + 和D – 線路。TUSB1105和TUSB1106的內(nèi)部電路確保通過D + 和D – 線路的電流幾乎為零（最大10 mA），功耗通過 $V{CC(1 / O)}$ 降至低功耗（暫停）狀態(tài)水平。同時，VP和VM引腳輸出高電平，RCV引腳輸出低電平。

電源供應(yīng)輸入選項

TUSB1105和TUSB1106有兩種電源供應(yīng)輸入選項：

• 內(nèi)部調(diào)節(jié)器：$V{CC(5.0)}$ 作為內(nèi)部調(diào)節(jié)器的電源輸入（4 V至5.5 V），$V{reg(3.3)}$ 作為電壓參考輸出（3.3 V，300 μA），$V_{CC(1 / O)}$ 為數(shù)字I/O引腳的電源輸入（1.65 V至3.6 V）。
• 調(diào)節(jié)器旁路：$V{CC(5.0)}$ 和 $V{reg(3.3)}$ 連接在一起，最大電壓降為0.3 V（2.7 V至3.6 V），$V{reg(3.3)}$ 作為電源輸入（3 V至3.6 V），$V{CC(1 / O)}$ 同樣為數(shù)字I/O引腳的電源輸入（1.65 V至3.6 V）。

電氣特性

靜電放電（ESD）特性

TUSB1105和TUSB1106在靜電放電防護(hù)方面表現(xiàn)出色。D +、D -、Vcc(5.0)和GND引腳在人體模型測試中可承受±15 kV的靜電放電，在IEC - 61000 - 4 - 2接觸放電測試中可承受±8 kV的靜電放電；其他引腳在人體模型測試中可承受±7 kV的靜電放電。

絕對最大額定值

在使用TUSB1105和TUSB1106時，需要注意其絕對最大額定值，以避免對設(shè)備造成永久性損壞。例如，$V{CC(5.0)}$ 的電源電壓范圍為 - 0.5 V至6 V，$V{CC(1 / O)}$ 和 $V_{CCreg(3.3)}$ 的電源電壓范圍為 - 0.5 V至4.6 V等。

推薦工作條件

為了確保設(shè)備的正常工作和性能穩(wěn)定，建議在推薦的工作條件下使用。例如，$V{CC(5.0)}$ 在內(nèi)部調(diào)節(jié)器選項下的電壓范圍為4 V至5.5 V，在調(diào)節(jié)器旁路選項下的電壓范圍為3 V至3.6 V；$V{CC(1 / O)}$ 的電壓范圍為1.65 V至3.6 V等。

靜態(tài)和動態(tài)電氣特性

文檔中詳細(xì)列出了TUSB1105和TUSB1106在不同條件下的靜態(tài)和動態(tài)電氣特性，如電源引腳的電流、電壓，數(shù)字引腳的輸入輸出電壓和電流，模擬I/O引腳的電容、阻抗、上升時間、下降時間等。這些特性數(shù)據(jù)對于工程師在設(shè)計電路時進(jìn)行參數(shù)選擇和性能評估非常重要。

應(yīng)用信息

負(fù)載連接

在實際應(yīng)用中，需要根據(jù)不同的功能和模式，正確連接負(fù)載。例如，對于Enable和Disable Times的負(fù)載，在不同的條件下，$V$ 的取值不同；對于VM、VP和RCV的負(fù)載，以及D + 和D - 的負(fù)載，也有相應(yīng)的連接要求。

不同工作模式

• 外設(shè)端（全速）調(diào)節(jié)器旁路模式：當(dāng)板上已經(jīng)有3.3 - V電源時，可以采用此模式。USB連接器的 $V{BUS}$ 引腳如果未使用，應(yīng)通過0.1 - μF電容接地。在全速工作時，需要將1.5 - kΩ電阻連接在D + 線和 $V{PU(3.3)}$ 或外部3.3 - V電源之間。當(dāng) $V{CC(5.0)}$ 和 $V{reg(3.3)}$ 連接在一起時，設(shè)備進(jìn)入調(diào)節(jié)器旁路模式，可節(jié)省功耗。
• 外設(shè)端（低速）調(diào)節(jié)器旁路模式：與全速模式類似，只是在低速工作時，需要將1.5 - kΩ電阻連接在D - 線和 $V_{PU(3.3)}$ 或外部3.3 - V電源之間。
• 外設(shè)端（全速）內(nèi)部調(diào)節(jié)器模式：如果板上沒有3.3 - V電源，可以通過USB的 $V{BUS}$ 線為TUSB1105/1106的USB側(cè)供電。$V{CC(5.0)}$ 連接到 $V{BUS}$，接收主機(jī)的5 - V電源，并在 $V{reg(3.3)}$ 引腳產(chǎn)生3.3 - V輸出。在這種模式下，$V{CC(5.0)}$ 和 $V{reg(3.3)}$ 引腳需要分別連接0.1 - μF的旁路電容。通過 $V{BUS}$ 端口為 $V{CC(5.0)}$ 供電，對于便攜式應(yīng)用（如手機(jī)、PDA等）可以實現(xiàn)顯著的功耗節(jié)省。在全速工作時，同樣需要將1.5 - kΩ電阻連接在D + 線和 $V_{PU(3.3)}$ 或外部3.3 - V電源之間。
• 外設(shè)端（低速）內(nèi)部調(diào)節(jié)器模式：與全速內(nèi)部調(diào)節(jié)器模式類似，只是在低速工作時，將1.5 - kΩ電阻連接在D - 線和 $V_{PU(3.3)}$ 或外部3.3 - V電源之間。
• 主機(jī)側(cè)（$V{CC(5.0)}$ 由 $V{BUS}$ 引腳供電）：如果板上沒有3.3 - V電源，可以使用外部5 - V電源為USB側(cè)供電。當(dāng) $V_{CC(5.0)}$ 連接到外部5 - V電源時，片上調(diào)節(jié)器產(chǎn)生3.3 - V的內(nèi)部電源軌，用于驅(qū)動TUSB1105/1106 USB側(cè)的USB信號電平。邏輯側(cè)的I/O可以在1.65 V至3.6 V的任何電壓范圍內(nèi)工作。
• 主機(jī)側(cè)（3.3 - V電源存在）內(nèi)部調(diào)節(jié)器旁路模式：如果有3.3 - V電源支持USB側(cè)的功率需求，需要將 $V{CC(5.0)}$ 和 $V{reg(3.3)}$ 連接在一起，并連接到3.3 - V電源，此時調(diào)節(jié)器處于非激活狀態(tài)。

封裝信息

TUSB1105和TUSB1106提供了多種封裝形式，如QFN（RGT、RTZ、RSV）和TSSOP（PW）等。不同的封裝在引腳數(shù)量、尺寸、散熱性能等方面可能有所不同，工程師可以根據(jù)實際應(yīng)用需求選擇合適的封裝。同時，文檔中還提供了詳細(xì)的封裝材料信息、機(jī)械數(shù)據(jù)、引腳方向和尺寸等，以及各種封裝的示例電路板布局、焊膏模板設(shè)計和注意事項等內(nèi)容，為工程師在進(jìn)行PCB設(shè)計時提供了全面的參考。

總結(jié)

TUSB1105和TUSB1106作為先進(jìn)的USB收發(fā)器，具有兼容性強(qiáng)、雙速傳輸、低功耗、高ESD防護(hù)等眾多優(yōu)點，適用于各種USB相關(guān)的電子設(shè)備。通過深入了解它們的功能特點、電氣特性、應(yīng)用場景和封裝信息，電子工程師可以更好地利用這兩款收發(fā)器進(jìn)行電路設(shè)計，提高產(chǎn)品的性能和可靠性。在實際設(shè)計過程中，還需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求和設(shè)計要求，合理選擇引腳配置、電源供應(yīng)模式和封裝形式，同時注意遵循推薦的工作條件和設(shè)計規(guī)范，以確保設(shè)計的成功。希望本文能夠?qū)V大電子工程師在TUSB1105和TUSB1106的應(yīng)用設(shè)計中有所幫助。

你在使用TUSB1105和TUSB1106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。