TUSB215-Q1：一款卓越的USB 2.0高速信號調(diào)節(jié)器

在電子設(shè)備的設(shè)計中，USB信號的傳輸質(zhì)量至關(guān)重要。今天我們來詳細(xì)探討一下德州儀器（TI）的TUSB215-Q1 USB 2.0高速信號調(diào)節(jié)器，它在解決USB信號傳輸問題上表現(xiàn)出色。

文件下載：TUSB215QRGYRQ1.pdf

一、產(chǎn)品特性

1. 汽車應(yīng)用資質(zhì)

TUSB215-Q1通過了AEC-Q100認(rèn)證，適用于汽車應(yīng)用。其環(huán)境溫度等級為2級，能在 -40°C 至105°C的環(huán)境溫度下穩(wěn)定工作，人體模型（HBM）靜電放電分類等級為H1C，充電設(shè)備模型（CDM）靜電放電分類等級為C3，確保了在復(fù)雜汽車環(huán)境中的可靠性。

2. 協(xié)議兼容性

該產(chǎn)品兼容USB 2.0、OTG 2.0和BC 1.2協(xié)議，并且支持低速率（LS）、全速率（FS）和高速率（HS）信號，為不同設(shè)備和應(yīng)用提供了廣泛的兼容性。

3. 可配置性

它支持引腳帶或I2C配置，具備USB BC1.2充電下游端口（CDP）控制器功能。此外，通過外部下拉電阻可選擇四種交流（AC）增益設(shè)置，同時具備直流（DC）增益功能，能與AC增益配合，實現(xiàn)最佳的信號完整性。

4. 低功耗與可擴(kuò)展性

TUSB215-Q1具有超低的USB斷開和關(guān)機(jī)功耗，并且支持級聯(lián)設(shè)備，適用于高損耗應(yīng)用。其D1P/M和D2P/M可互換，主機(jī)/設(shè)備無關(guān)，支持最長5m的預(yù)通道或2m的后通道電纜長度。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

TUSB215-Q1的應(yīng)用范圍十分廣泛，涵蓋了汽車信息娛樂系統(tǒng)、筆記本電腦、臺式機(jī)、 docking 站、平板電腦、手機(jī)、有源電纜、電纜延長器、背板以及電視等眾多領(lǐng)域。

三、產(chǎn)品描述

TUSB215-Q1是一款USB高速（HS）信號調(diào)節(jié)器，旨在補(bǔ)償傳輸通道中的碼間干擾（ISI）信號損失，幫助通過USB電氣合規(guī)測試。其專利設(shè)計對USB低速（LS）和全速率（FS）信號不敏感，不會改變它們的信號特性，僅對HS信號進(jìn)行補(bǔ)償。通過可編程的信號AC增益和DC增益，可以微調(diào)設(shè)備性能，優(yōu)化連接器處的高速信號，使其適用于多種不同的應(yīng)用場景。此外，它還兼容USB即插即用（OTG）和電池充電（BC）協(xié)議，可作為充電下游端口（CDP）控制器，處理與下游設(shè)備的必要握手。

四、引腳配置與功能

TUSB215-Q1采用14引腳的VQFN封裝，各引腳功能如下：

• EQ引腳：用于通過外部下拉電阻選擇USB高速AC增益，在RSTN信號釋放時采樣，不識別實時調(diào)整。當(dāng)引腳懸空時，自動選擇最大AC增益級別。
• DC_BOOST/ENA_HS引腳：復(fù)位時為3級輸入信號DC_BOOST，用于選擇USB高速DC信號增益；復(fù)位后為輸出信號ENA_HS，指示通道處于高速模式。
• D2P和D2M引腳：USB高速正端口和負(fù)端口。
• VREG引腳：1.8V LDO輸出，僅在高速模式下啟用，需要0.1μF的外部電容接地以穩(wěn)定核心。
• SDA和SCL引腳：在I2C模式下分別為雙向I2C數(shù)據(jù)引腳和I2C時鐘引腳，地址為0x2C；在非I2C模式下，SDA引腳保留用于TI測試目的，SCL引腳在復(fù)位后輸出CD信號，指示USB設(shè)備是否連接。
• RSTN引腳：用于設(shè)備的禁用/啟用，低電平表示設(shè)備處于復(fù)位和關(guān)機(jī)狀態(tài)，高電平表示正常運行。

五、規(guī)格參數(shù)

1. 絕對最大額定值

• 電源電壓范圍（VCC）： -0.3V至6V
• I/O引腳電壓范圍： -0.3V至3.8V
• 存儲溫度范圍： -65°C至150°C

2. ESD評級

• 人體模型（HBM）：±2000V
• 充電設(shè)備模型（CDM）：±500V

3. 推薦工作條件

• 電源電壓（VCC）：4.4V至5.5V
• 環(huán)境溫度（TA）： -40°C至105°C
• 結(jié)溫（TJ）： -40°C至125°C

4. 熱信息

該產(chǎn)品的熱阻參數(shù)包括結(jié)到環(huán)境熱阻（RθJA）、結(jié)到外殼（頂部）熱阻（RθJC(top)）、結(jié)到電路板熱阻（RθJB）等，具體數(shù)值可參考文檔。

5. 電氣特性

涵蓋了不同工作模式下的電流消耗，如高速活動電流（IACTIVE_HS）、高速空閑電流（IIDLE_HS）、高速暫停電流（ISUSPEND_HS）等，以及各引腳的電壓和電流參數(shù)。

6. 開關(guān)特性

包括DxP/M的比特率、上升時間、下降時間，以及RSTN信號的最小脈沖寬度和VCC穩(wěn)定時間等參數(shù)。

六、詳細(xì)描述

1. 概述

TUSB215-Q1的主要功能是補(bǔ)償U(kuò)SB高速通道中的信號損失，同時對LS和FS信號不產(chǎn)生影響。它還提供了CDP控制器功能，適用于USB主機(jī)或集線器不具備該功能的應(yīng)用場景。

2. 功能框圖

包含低速率和全速率旁路、補(bǔ)償高速USB收發(fā)器、ESD保護(hù)、CDP控制器等模塊，各模塊協(xié)同工作，確保信號的穩(wěn)定傳輸。

3. 特性描述

• EQ特性：通過EQ引腳的外部下拉電阻設(shè)置四種AC增益級別。
• DC BOOST特性：DC_BOOST引腳為三電平引腳，根據(jù)不同的電平設(shè)置DC增益。
• BC1.2 CDP支持：可為不具備USB BC充電下游端口功能的USB主機(jī)或集線器提供該功能。

4. 設(shè)備功能模式

• 低速（LS）模式：自動檢測LS連接，不啟用信號補(bǔ)償，CD引腳置高。
• 全速率（FS）模式：自動檢測FS連接，不啟用信號補(bǔ)償，CD引腳置高。
• 高速（HS）模式：自動檢測HS連接，根據(jù)DC_BOOST引腳配置和EQ引腳的外部下拉電阻啟用信號補(bǔ)償，CD引腳置高。
• 關(guān)機(jī)模式：當(dāng)RSTN引腳置低時，設(shè)備禁用，USB通道仍可正常工作，但無信號補(bǔ)償和CD引腳狀態(tài)指示。
• I2C模式：支持100kHz的I2C通信，用于設(shè)備配置、狀態(tài)讀取和測試。通過I2C讀寫事務(wù)訪問7位從地址0x2C的寄存器，可設(shè)置AC和DC增益級別。

七、應(yīng)用與實現(xiàn)

1. 應(yīng)用信息

TUSB215-Q1的主要目的是恢復(fù)USB高速通道到USB連接器的信號完整性，解決因高損耗PCB走線和其他電容性負(fù)載導(dǎo)致的信號質(zhì)量下降問題，幫助通過USB近端眼圖模板測試。此外，其CD引腳可用于控制客戶平臺上的其他模塊，還提供CDP控制器功能。

2. 典型應(yīng)用

典型應(yīng)用中，D2P和D2M面向USB連接器，D1P和D1M面向USB主機(jī)或集線器。設(shè)計時需要考慮電源電壓、I2C支持、AC和DC增益設(shè)置等參數(shù)。具體設(shè)計步驟包括確保RSTN引腳的有效復(fù)位信號，為VREG引腳連接0.1μF的外部電容，根據(jù)目標(biāo)平臺的信號鏈損失特性選擇合適的AC和DC增益設(shè)置，并通過切換RSTN引腳使設(shè)置生效。

3. 測試程序

在構(gòu)建USB高速眼圖時，需要根據(jù)主機(jī)側(cè)或設(shè)備側(cè)應(yīng)用的不同，按照特定的步驟進(jìn)行操作，包括配置TUSB215-Q1的AC和DC增益設(shè)置、上電或切換RSTN引腳、連接測試設(shè)備、啟用信號傳輸和執(zhí)行示波器USB合規(guī)軟件等。

4. 應(yīng)用曲線

文檔中提供了不同AC和DC增益設(shè)置下的USB2.0 HS眼圖，直觀展示了TUSB215-Q1對信號的補(bǔ)償效果。

八、電源供應(yīng)建議

上電時，RSTN引腳和電源斜坡的相互作用可能導(dǎo)致數(shù)字電路設(shè)置不正確。為確保數(shù)字電路的正確上電復(fù)位，設(shè)備應(yīng)在電源斜坡穩(wěn)定到4.4V或更高后再啟用。如果無法通過微控制器或其他電路將RSTN引腳保持低電平直到電源斜坡穩(wěn)定，則需要在RSTN引腳和地之間連接外部電容，以將設(shè)備保持在低功耗復(fù)位狀態(tài)。電容值可根據(jù)電源斜坡時間和內(nèi)部上拉電阻計算得出。

九、布局建議

1. 布局準(zhǔn)則

為避免信號過孔，建議將高速走線與TUSB215-Q1放置在同一表層。布局應(yīng)使用阻抗控制走線，以保持整個信號路徑的90Ω差分阻抗，符合USB 2.0規(guī)范的要求。

2. 布局示例

文檔中提供了TUSB215-Q1的PCB布局示例，展示了各引腳的連接和電容的放置位置。

十、設(shè)備與文檔支持

1. 文檔更新通知

可通過ti.com上的設(shè)備產(chǎn)品文件夾注冊接收文檔更新通知，每周獲取產(chǎn)品信息的變化摘要。

2. 社區(qū)資源

TI提供了E2E?在線社區(qū)和設(shè)計支持等資源，方便工程師交流和獲取技術(shù)支持。

3. 靜電放電注意事項

TUSB215-Q1是集成電路，容易受到靜電放電（ESD）的損壞，因此在處理和安裝時需要采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施。

4. 術(shù)語表

文檔中提供了相關(guān)術(shù)語、首字母縮寫和定義的解釋，方便讀者理解。

十一、機(jī)械、封裝和訂購信息

TUSB215-Q1采用VQFN封裝，文檔中提供了封裝外形、示例電路板布局、示例模板設(shè)計等信息，以及可訂購設(shè)備的詳細(xì)信息，包括狀態(tài)、封裝類型、引腳數(shù)、數(shù)量、環(huán)保計劃、引腳鍍層/球材料、MSL峰值溫度、工作溫度、設(shè)備標(biāo)記和樣品情況等。

TUSB215-Q1憑借其豐富的特性、廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和出色的性能，為USB信號傳輸提供了可靠的解決方案。在實際設(shè)計中，工程師們可以根據(jù)具體需求合理配置和使用該產(chǎn)品，以實現(xiàn)最佳的信號質(zhì)量和系統(tǒng)性能。大家在使用過程中有沒有遇到什么特別的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。