TUSB2E221 USB 2.0-eUSB2 双路中继器：设计与应用全解析

在电子设备飞速发展的今天，USB接口的应用无处不在。TUSB2E221作为一款双路eUSB2转USB 2.0中继器，在众多电子设备中发挥着重要作用。本文将深入探讨TUSB2E221的特性、应用、规格以及详细设计等方面，为电子工程师们提供全面的参考。

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一、TUSB2E221特性亮点

1. 标准兼容性

TUSB2E221符合USB 2.0和eUSB2标准（修订版1.2），支持低速（LS）、全速（FS）、高速（HS）三种传输速率，能够满足不同设备的需求。其20ps卓越高速总抖动表现，为数据传输的稳定性提供了有力保障。

2. 双路独立设计

该中继器采用双路独立设计，每个中继器可独立配置为主机或设备中继器（DRD中继器），具有较高的灵活性。同时，2:2交叉开关多路复用器（仅限DSBGA封装）进一步提升了设计的灵活性，可将两个eUSB2端口中的任何一个映射到两个USB 2.0端口。

3. 电压选择与补偿

使用VIOSEL引脚可在1.2V和1.8V控制或I2C电平之间进行选择，方便不同系统的设计。此外，它还提供了四个eUSB2布线损耗补偿级别（2.5、5、7.5和10英寸），适用于不同产品外形尺寸。

4. 低功耗与多种模式支持

支持自动恢复ECR以及L2中断恢复模式，有助于降低功耗。同时，支持CTA - 936 USB Carkit UART、可选BC1.2 CDP电池充电和检测，EQ引脚的可选GPIO模式可用于调试和I2C ↔ GPIO（通过EQ0/1），I2C可访问调试功能适用于制造测试。

二、应用领域广泛

TUSB2E221的应用领域十分广泛，涵盖了通信设备、企业系统、笔记本电脑和台式机、工业设备、平板电脑以及便携式电子产品等。在这些设备中，它能够实现eUSB2与USB 2.0之间的信号转换和中继，确保数据的稳定传输。

三、规格参数详解

1. 绝对最大额定值与ESD等级

在使用TUSB2E221时，需要注意其绝对最大额定值。例如，电源电压范围、模拟电源电压范围、各引脚的电压范围以及结温、贮存温度等都有明确的限制。超出这些范围运行可能会对器件造成永久损坏。同时，其ESD等级为人体放电模型（HBM）+1500V，充电器件模型（CDM）±500V，在使用过程中需要采取适当的静电防护措施。

2. 建议运行条件

为了确保器件的正常运行，建议在自然通风条件下的工作温度范围内使用。具体的电源电压、模拟电源电压、各引脚的电压等都有标称值和最大最小值的要求。例如，VDD3V3的建议运行范围为3.0 - 3.6V，VDD1V8的建议运行范围为1.62 - 1.98V。

3. 电气特性与开关特性

TUSB2E221的电气特性包括功耗、数字输入输出电压、电流等参数。在不同的工作模式下，其功耗表现也有所不同。例如，在绝对最坏情况下，一个中继器（仅限VDD1V8）的功耗最大为275mW，两个中继器（仅限VDD1V8）的功耗最大为550mW。开关特性方面，涉及到各引脚的上升时间、下降时间等参数，这些参数对于信号的传输质量至关重要。

4. 时序要求

在设计过程中，还需要满足VO时序、复位时序、中继器时序、I2C时序等要求。例如，INT事件的最小GPIO脉冲宽度为8μs，VDD1V8达到最小值1.62V的斜坡时间最大为2ms等。

四、详细设计要点

1. 功能概述与方框图

TUSB2E221位于SoC（具有一个或两个eUSB2端口）和外部连接器（支持USB 2.0）之间，可将每个中继器独立配置为主机或设备中继器。通过功能方框图可以清晰地了解其内部结构和信号传输路径。

2. 器件功能模式

• 中继器模式：在RESETB置为无效且经过t_RH_READY时间后，TUSB2E221会启用并进入默认状态，准备好接受eUSB2数据包。不同数量的eUSB2中继器在HS和FS下支持的集线器数量有所不同。
• 断电模式：RESETB置为低电平时，可将TUSB2E221置于超低功耗模式。
• UART模式：在I2C模式下，GPIO0默认作为Carkit UART模式的使能控制。当GPIO0为低电平时，UART模式允许通过USB端口访问APU或SoC调试接口。
• 自动恢复ECR和L2状态中断模式：自动恢复ECR模式可为主机控制器提供额外的时间来退出低功耗状态。L2状态中断模式可防止在eDSP断电时在eUSB2上发出信号。
• 连接检测中断模式：当启用连接事件检测时，TUSB2E221会发出中断事件而不是向eUSB2发出连接信令号。
• GPIO模式：EQ0、EQ1和EQ2/INT引脚可配置为GPIO模式，用于控制和检测各种事件。
• USB 2.0高速主机断开检测：可以调整高速主机断开阈值以提供更大的裕度，避免错误断开以及检测断开失败。
• 基于帧的低功耗模式：TUSB2E221能够监测每个高速微帧内的空闲状况，如果总线空闲时间超过7.8125μs，会进入低功耗状态。

3. 编程与寄存器映射

TUSB2E221支持I2C目标接口和寄存器访问协议（RAP）。通过I2C可以访问内部寄存器，配置各种PHY参数、控制GPIO引脚以及启用USB - BC功能。寄存器映射详细列出了各个寄存器的偏移地址、首字母缩写词、寄存器名称以及访问类型等信息，工程师可以根据需要进行配置。

五、应用和实施建议

1. 典型应用设计

在典型的双端口系统应用中，TUSB2E221支持eUSB2规格，eUSB2 SoC必须符合eUSB2规格的要求。在设计过程中，需要确保所选的损耗补偿设置与系统损耗曲线相匹配，以优化抖动性能。例如，根据不同的eUSB长度，建议使用不同的eUSB PHY寄存器设置。

2. 电源相关建议

RESETB引脚是低电平有效复位引脚，也可用作断电引脚。TUSB2E221在VDD3V3和VDD1V8之间没有电源序列要求，但需要确保达到最低电源电压的最大VDD3V3和VDD1V8斜坡时间为2ms。

3. 布局指南

在PCB布局方面，需要遵循一些原则。例如，将电源旁路电容器尽可能靠近VDD1V8和VDD3V3引脚放置，减少高速USB信号的过孔和拐角，避免USB迹线靠近干扰源等。合理的布局可以减少信号反射、阻抗变化和干扰，提高信号传输质量。

六、器件和文档支持

TI提供了丰富的文档支持，包括相关文档、接收文档更新通知、支持资源等。工程师可以通过TI E2E™中文支持论坛获得快速、经过验证的解答和设计帮助。同时，需要注意静电放电对器件的影响，采取适当的预防措施处理集成电路。

TUSB2E221作为一款功能强大的USB中继器，在电子设备的设计中具有重要的应用价值。电子工程师们在使用过程中，需要深入了解其特性、规格、设计要点和应用建议，以确保设计的可靠性和稳定性。希望本文能够为工程师们提供有益的参考，在实际设计中发挥更大的作用。你在使用TUSB2E221的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。