四方杰芯 FSW6820 芯片简介：USB 高速信号切换芯片替代 HD3SS6126

FSW6820 是四方杰芯研发的三通道差分 4:1高速双向无源开关，定位为 USB Type-C 生态的核心信号切换器件，可实现 “USB 3.1 Super Speed（5Gbps）+ USB 2.0（480Mbps）” 混合信号的切换需求。其采用自适应跟踪技术，确保 0~2V 共模电压范围内通道特性稳定，且具备低衰减、低抖动的动态性能，适用于对信号完整性和功耗敏感的高速接口场景。

关键特性（表格展示）

特性分类	关键参数	规格详情	备注
通道配置	通道数量 / 切换比例	3 组差分通道，支持4:1 Mux/DeMux	可同时切换 3 路独立差分信号
带宽性能	USB 3.1 带宽	6.2GHz @-3dB BW	满足 USB 3.1 Gen 1（5Gbps）需求
	USB 2.0 带宽	1GHz	兼容 USB 2.0 高速（480Mbps）信号
信号隔离	关态隔离度	-45dB @5GHz	抑制未选通道信号泄漏
	串扰	-11dB @5GHz	减少通道间信号干扰
可靠性	ESD 耐受	2kV HBM	提升设备抗静电能力
功耗	工作功耗	<2mW	正常运行时低功耗
	关断功耗	<20uW	EN 引脚使能关断模式时
其他	信号耦合	支持 AC 耦合、DC 耦合	设计灵活性高
	导通电阻匹配	ΔRON=0.1Ω（Typ.）	保证多通道信号一致性

引脚配置（核心引脚表格）

引脚号	引脚名称	信号类型	关键描述
1	EN1	I	使能引脚，低电平有效
2	SEL1	I	通道选择引脚 1，配合 SEL2 确定通道
3-4	COMAN/COMAP	I/O	USB 3.1 公共端 1 的差分信号对（负 / 正）
5-6	COMBN/COMBP	I/O	USB 3.1 公共端 2 的差分信号对（负 / 正）
7-8	COMCN/COMCP	I/O	USB 2.0 公共端 3 的差分信号对（负 / 正）
13	VCC	Power	电源正极（1.8~4.5V）
14	3EN	I	使能引脚 3，低电平有效
28	GND	Ground	电源地（主接地引脚）
37	2EN	I	使能引脚 2，低电平有效
38	SEL2	I	通道选择引脚 2，配合 SEL1 确定通道
39	VCC	Power	电源正极（辅助供电，增强稳定性）
40	GND	Ground	电源地（辅助接地）

真值表（通道选择逻辑）

使能状态（EN1&2EN&3EN）	SEL1	SEL2	导通通道（公共端 ↔ 输入端口）
High（关断）	X	X	所有通道呈 Hi-Z（高阻态）
Low（使能）	Low	Low	公共端 ↔ 端口 A（DAxP/DAxN）
Low（使能）	Low	High	公共端 ↔ 端口 B（DBxP/DBxN）
Low（使能）	High	Low	公共端 ↔ 端口 C（DCxP/DCxN）
Low（使能）	High	High	公共端 ↔ 端口 D（预留 / 扩展）

注：x=1~4，对应 4 组输入信号的差分对。

最大额定值（表格展示）

参数名称	规格范围	单位
存储温度	-65 ~ +150	℃
结温	125	℃
电源电压（VCC-GND）	-0.5 ~ +5.5	V
高速数据通道电压（TX/RX）	-0.5 ~ 3.8	V
DC 输入电压	-0.5 ~ VCC	V
DC 输出电流	50	mA
功率损耗	300	mW

注：超出额定值可能导致芯片永久损坏，仅为应力参考，非工作参数。

电气特性（TA=25℃，VCC=3V，表格展示）

特性分类	参数符号	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
电源特性	IQ（静态电流）	SEL=0/VCC，EN1~3=0	-	-	100	uA
	IPO（关断电流）	SEL=0/VCC，EN1~3=VCC	-	-	3	uA
DC 特性	VIH（输入高电平）	VCC=1.8~4.5V	1.6	-	-	V
	VIL（输入低电平）	VCC=1.8~4.5V	-	-	0.4	V
	RUP（EN 内部上拉电阻）	-	-	2	-	MΩ
	RDN（SEL 内部下拉电阻）	-	-	2	-	MΩ
	RON_HS（导通电阻）	V_IS=1.5V，I_ON=10mA	-	13.4	-	Ω
AC 特性	tEN（使能时间）	RL=50Ω，CL=0pF，V_IS=0.6V	-	80	150	uS
	tDIS（关断时间）	RL=50Ω，CL=0pF，V_IS=0.6V	-	40	250	nS
	tON（开启时间）	RL=50Ω，CL=0pF，V_IS=0.6V	-	400	1200	nS
	tOFF（关闭时间）	RL=50Ω，CL=0pF，V_IS=0.6V	-	130	800	nS
	tBBM（先断后合时间）	RL=50Ω，CL=0pF，V_IS=0.6V	-	250	800	nS
	BW（-3dB 带宽）	RL=50Ω，CL=0pF，0dBm 信号	-	6.2	-	GHz
	IL（插入损耗）	f=5GHz	-	-2.76	-	dB
电容特性	CON（导通电容）	V_Bias=0.2V，f=1.5GHz	-	1.5	-	pF
	COFF（关断电容）	V_Bias=0.2V，f=1.5GHz	-	1.0	-	pF

应用场景

USB Type-C 生态系统：如 USB-C 集线器、扩展坞，实现多设备共享一个 USB-C 接口；

台式机 / 笔记本 PC：用于内部 USB 3.1/2.0 信号的路径切换（如主机与外设间切换）；

服务器 / 存储区域网络：PCI Express 背板的高速信号共享，或存储设备的 I/O 端口切换；

其他高速接口：FPD LinkII/III 视频信号切换（如车载显示、工业摄像头）。

PCB 设计要点

AC 耦合电容选择：

封装优先0402，其次0603，严禁使用 0805 或 C-packs；

容值推荐0.1μF，且同一差分对的电容容值需完全匹配；

放置位置：仅能在开关的单侧边放置（避免隔断偏置电压），若系统共模电压 > 2V，需在开关两侧放置电容并额外提供 < 2V 的 VBIAS 偏置电压。

信号布线：

差分信号对需等长、平行、紧密耦合，减少信号 skew；

高速信号（USB 3.1）远离数字控制引脚（SEL1/SEL2、EN1~3），降低串扰。

电源与接地：

VCC 引脚旁需紧靠放置0.1μF 去耦电容，且电容接地路径最短；

多 GND 引脚需均良好接地，形成完整地平面，提升信号稳定性。

封装与包装信息

封装类型：QFN5x5-40L（5mm×5mm，40 引脚无铅方型扁平封装）；

包装方式：卷带包装（Tape and Reel），每卷5000 颗；

顶部丝印：格式为 “FXX YYWW”，其中 YY 为年份（如 24=2024）、WW 为周数（01~53）、FXX 为内部 ID 码。

版本修改记录

版本号	修订内容
first edition	初始版本
V1.0	1. 更新第 5 页 “电气特性” 的测试条件及 “TX/RX 导通电阻” 参数
V2.0	1. 更新第 5-6 页 “电气特性”；2. 更新第 1 页 “关键特性”
V3.0	1. 更新第 12 页 “重要声明与免责条款”

关键问题

问题 1：FSW6820 与四方杰芯的 FSW3410（双通道 2:1）、FSW3820（四通道 2:1）相比，核心差异是什么？适合哪些特定场景？

答案：三者核心差异集中在通道数量和切换比例，决定了适用场景的不同，具体对比如下：

芯片型号	通道数量	切换比例	核心优势	适用场景
FSW3410	2 组差分	2:1	体积小（QFN2.8x2.0-18L）、带宽高（11GHz）	简单 2 选 1 场景（如单 USB 3.1 接口切换）
FSW3820	4 组差分	2:1	多通道同步切换（4 组）	PCIe 背板、服务器多设备 2 选 1
FSW6820	3 组差分	4:1	支持 USB 3.1+USB 2.0 混合切换、4 选 1 灵活性	USB-C 扩展坞（多设备共享 1 个 C 口）、复杂 I/O 共享

结论：FSW6820 的 “4:1 切换” 和 “USB 3.1+2.0 兼容” 是核心差异化优势，更适合需要连接多个 USB 设备（如 4 个外设共享 1 个主机接口）的场景。

问题 2：FSW6820 为何能同时支持 USB 3.1 Super Speed（5Gbps）和 USB 2.0（480Mbps）信号切换？硬件设计上如何实现两者兼容？

答案：FSW6820 通过 “专用信号通道分配” 和 “带宽分级设计” 实现双标准兼容，具体原理如下：

信号通道独立分配：

芯片的 3 组公共端中，COMAN/COMAP、COMBN/COMBP 专为 USB 3.1 Super Speed 设计（支持差分信号传输），COMCN/COMCP 专为 USB 2.0 设计（兼容 USB 2.0 的 DP/DM 差分对）；

输入端口对应分为 A/B/C/D 四路，每路同时包含 USB 3.1 和 USB 2.0 的差分信号引脚（如 DA1P/DA1N 为 USB 3.1，DC1P/DC1N 为 USB 2.0），切换时两组信号同步选通。

带宽分级匹配：

USB 3.1 通道带宽设计为6.2GHz，满足 5Gbps 传输的信号完整性需求；

USB 2.0 通道带宽设计为1GHz，远超 USB 2.0 480Mbps 的速率要求，同时避免高带宽带来的额外功耗；

电气参数适配：

导通电阻（RON_HS=13.4Ω Typ.）和隔离度（-45dB@5GHz）兼顾两种速率的信号损耗需求，既保证 USB 3.1 的低衰减，也满足 USB 2.0 的抗干扰要求。

问题 3：设计中使用 FSW6820 的 EN1/EN2/EN3 使能引脚时，需注意哪些关键要点？如何避免功能异常？

答案：EN1/EN2/EN3 是芯片的核心使能引脚（低电平有效），设计时需关注 3 个要点：

引脚有效电平与内部电阻特性：

引脚为低电平有效（电压≤0.4V 时使能），高电平（≥1.6V）时芯片关断（所有通道 Hi-Z）；

芯片内置2MΩ 的 EN 引脚内部上拉电阻，若外部未驱动 EN 引脚，引脚会被拉至 VCC（关断状态），需通过外部 GPIO 主动拉低才能使能，避免 “悬空导致的不确定状态”。

多 EN 引脚的协同作用：

EN1/EN2/EN3 需同时为低电平才能使能芯片（文档真值表中 “EN1&2EN&3EN=Low” 为使能条件），任意一个为高电平则芯片关断；

设计时建议将 3 个 EN 引脚连接到同一 GPIO（或同一控制信号），避免单独控制导致的误关断。

关断模式的功耗与信号隔离：

关断模式下电流仅3uA（Max.），适合低功耗场景（如设备休眠时）；

关断时所有通道呈 Hi-Z，隔离度保持 - 45dB@5GHz，可有效切断未使用通道的信号泄漏，需确保关断时外部设备不会通过 Hi-Z 通道产生漏电流（如避免 USB 设备的 VBUS 通过信号引脚供电）。

审核编辑 黄宇