深入解析 onsemi FUSB15201：双端口 USB Type - C 与 PD 控制器的卓越之选

在当今的电子设备领域，USB Type - C 接口和 Power Delivery（PD）技术的应用愈发广泛，尤其是在汽车和工业电源应用场景中。onsemi 的 FUSB15201 双端口 USB Type - C 与 PD 控制器，凭借其高度集成的特性和丰富的功能，成为了众多系统设计师的理想之选。接下来，我们就对这款控制器进行详细的剖析。

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产品概述

FUSB15201 是一款专为汽车和工业电源应用优化的高度集成的双端口 USB Type - C 和 Power Delivery 控制器。它通过优化的硬件外设和完整的开源嵌入式固件，为 USB 电源提供了完整的解决方案。该控制器不仅能够在硬件和固件层面实现系统总功率预算的最大化，还提供了完全符合 USB PD3.1 标准的解决方案，可与市场上主流的移动和计算设备实现互操作。

关键特性解读

小尺寸与多功能集成

FUSB15201 采用小尺寸封装，支持多种流行的外设，如 USB PD 3.1、USB Type - C 2.1、I2C 主/从模式以及双 USB BC1.2 提供商仿真等。其 24 引脚 QFNW 封装（4mm x 4mm，0.5mm 间距），在有限的空间内实现了强大的功能集成。

开源固件与可编程性

提供完全可编程和可升级的开源固件，并为客户特定的设备策略管理器开发提供 API。这使得系统设计师可以根据最终应用的特定需求，轻松定制算法，实现灵活的解决方案。

高电压保护与监测

在 CC 和 D +/ - 引脚提供高电压保护，支持通过 USB - C 进行固件升级。同时，配备 10 位 ADC 用于精确监测 VBUS、外部温度和电压，通过 NTC 电阻实现外部温度监测，确保系统的稳定性和可靠性。

低功耗与汽车级认证

具备多种低功耗操作模式，可根据需要最小化设备的功耗。此外，该产品符合 Grade 2 AEC - Q100 标准，适用于汽车应用环境。

内部结构与功能模块

处理器与内存

FUSB15201 集成了 Arm Cortex - M0 + 处理器，搭配 Nested Vector Interrupt Controller（NVIC）、Wake - up Interrupt Controller（WIC）和 Debug Access Port（DAP）。处理器采用 Thumb 指令集，优化了代码大小和功耗，同时高效处理多个并行外设。其拥有 132 kB 的 Flash RAM 和 6 kB 的 SRAM，为程序存储和运行提供了充足的空间。

电源管理单元

Power Management Unit（PMU）为 FUSB15201 的所有模块提供合适的电源，防止系统在 VDD 电压低于指定最小值时出现掉电情况。固件会实时监测电源供应，并在必要时安全关闭系统。

时钟源与定时器

采用双振荡器架构，包括一个 24 MHz 的内部 RC 振荡器用于实现全功能，以及一个 120 kHz 的内部 RC 振荡器用于低功耗睡眠模式。同时，配备多个 32 位定时器，如通用定时器（TIM0/1）、唤醒定时器（WUT）和看门狗定时器（WDT），满足不同的定时和控制需求。

USB Type - C 与 PD 外设

该模块是一个完全符合 USB Type - C 和 PD 标准的解决方案，由模拟前端和数字状态机组成。它支持源/汇/DRP 操作，包括插头方向检测、电源能力广告和电源角色检测等功能。同时，具备 VCONN 开关和 VBUS 放电功能，可根据应用需求进行配置。

内部保护机制

FUSB15201 集成了多种系统级保护功能，如 VCONN 过流保护、CC、DP、DM 过压保护、内部过温保护和连接器湿度检测等，确保系统在各种异常情况下的安全性和可靠性。

电气特性与性能指标

绝对最大额定值与推荐工作范围

文档中详细列出了 FUSB15201 的绝对最大额定值，包括 VBUS 引脚电压、VCONNECTOR 引脚电压、I/O 电压等参数。同时，给出了推荐的工作范围，如电源电压范围、VBUS 电压范围等，设计师在使用时需严格遵循这些参数，以确保设备的正常运行。

电气特性参数

涵盖了 USB PD PHY 发射器和接收器的各项参数，如单位间隔、比特率差异、驱动时间、上升/下降时间等；TYPE - C 前端的各种电阻、电流和电压阈值；VBUS 放电电阻；电流消耗；时钟频率等。这些参数为系统设计和性能评估提供了重要的参考依据。

应用场景与设计建议

典型应用

FUSB15201 适用于多种应用场景，如汽车电源插座和墙壁充电器等。在汽车应用中，它可以通过集成的 I2C 主机外设与 DC - DC 控制器进行通信，同时利用外部 NTC 电阻监测每个端口的温度，实现过温保护和动态功率调整。

设计建议

在设计过程中，需要注意以下几点：

1. 电源管理：合理配置电源供应，确保满足设备的功率需求，并避免电压波动对系统造成影响。
2. 温度监测与保护：利用外部 NTC 电阻进行温度监测，及时采取措施防止设备因过热而损坏。
3. VBUS 放电：在使用内部放电功能时，需隔离大的电容，防止内部温度过高。同时，选择合适的放电电阻，避免违反 USB PD 规范中的电压变化率要求。
4. ESD 保护：建议使用推荐的 ESD 设备，保护 Type - C 连接器引脚免受静电放电的影响。

总结

onsemi 的 FUSB15201 双端口 USB Type - C 与 PD 控制器以其高度集成的特性、丰富的功能和可靠的性能，为汽车和工业电源应用提供了优秀的解决方案。电子工程师在设计相关产品时，可以充分利用其开源固件和可编程性，根据具体需求进行定制化开发。同时，严格遵循电气特性和性能指标，注意应用场景中的设计要点，以确保系统的稳定性和可靠性。你在使用类似控制器的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。