TUSB2E11 USB 2.0 - eUSB2 中继器：特性、应用与设计要点

在当今的电子设备中，USB 接口的应用无处不在。而 TUSB2E11 作为一款 USB 2.0 - eUSB2 中继器，为 USB 信号的传输提供了可靠的解决方案。本文将详细介绍 TUSB2E11 的特性、应用场景以及设计过程中的注意事项。

文件下载：tusb2e11.pdf

一、TUSB2E11 关键特性

兼容性与信号处理

TUSB2E11 兼容 USB 2.0 和 eUSB2（1.2 版），支持低速、全速、高速信令，并且具有 20ps 卓越高速总抖动的出色表现。这意味着它能够在不同的信号速率下稳定工作，为数据传输提供了高质量的保障。同时，它还具备寄存器访问协议接收器功能，支持主机和器件模式，是一款双重角色器件。

配置灵活性

该器件提供了多种配置选项。它可以通过自动检测 I2C 或自举引脚选项进行配置。其中，三个自举引脚用于 USB 2.0 高速通道补偿设置，而 I2C 器件接口则支持更多的配置方式，满足了不同应用场景的需求。

器件变体与功能支持

TUSB2E11 有不同的器件变体，包括 eUSB2 1.0V 或 1.2V 信令接口，适用于不同产品外形尺寸的 eUSB2 布线损耗补偿水平。它还支持 1.2V 或 1.8V I2C 接口，以及可选电池充电和检测功能，如 BC 1.2 CDP 或 DCP 分频器模式广播，并且支持数据感知 USB Type - C™ 兼容 BC 1.2 SDP、CDP 和 DCP 分频器模式检测，以及充电器广播或检测之间的双重角色自动切换。此外，它还支持 CTA - 936 USB Carkit UART，支持自动恢复 ECR 以及 L2 中断恢复模式，同时提供可选 GPIO，如中断 GPIO2、调试、I2C ↔ GPIO0/1，方便用户进行调试和控制。

二、应用场景广泛

TUSB2E11 的应用场景非常广泛，涵盖了笔记本电脑、台式机、手机、平板电脑、可穿戴设备以及便携式电子产品等。在这些设备中，它可以有效地解决 USB 信号传输过程中的问题，提高数据传输的稳定性和可靠性。

三、详细说明与技术要点

工作模式与功能

TUSB2E11 支持器件和主机模式，能够处理 USB 低速（LS）、全速（FS）和高速（HS）信号。它采用了多项专利设计，具有强大的互操作性、性能和电源管理能力。对于没有 I2C 接口的系统，它提供了 8 个单独的设置，带有三个适用于高达 20Ω 的 USB 2.0 通道等效串联电阻（ESR）的自举引脚。同时，器件变体可用于高达 10 英寸的不同级别的 eUSB2 布线长度补偿。I2C 接口则可以提高灵活性，支持微调器件的 RX 均衡性和 TX 振幅、压摆率和预加重，以通过电气合规性测试并补偿通道损耗。

引脚配置与功能

TUSB2E11 的引脚配置丰富多样，不同的引脚具有不同的功能。例如，VDD3V3 和 VDD1V8 分别提供 3.3V 和 1.8V 电源电压，VSS 为接地引脚。RESETB 为有源低电平复位引脚，在释放该引脚后，中继器将被启用并进入 eUSB2 默认模式，等待来自 eDSPr 或 eUSPr 的配置。SCL 和 SDA 用于 I2C 通信，不同的电平组合可以实现不同的工作模式。GPIO0、GPIO1 和 GPIO2 则具有多种功能，如在不同模式下用于 USB PHY 调谐、电池充电器检测、UART 模式控制等。

电气特性与性能指标

在电气特性方面，TUSB2E11 具有明确的参数要求。例如，在电源方面，不同模式下的功率消耗有不同的最大值。在数字输入输出方面，不同变体的高低电平输入输出电压也有相应的规定。在 USB 和 eUSB2 相关的参数方面，如阻抗、电容、输出电平、输入灵敏度等也都有具体的数值范围。这些参数为设计人员在进行电路设计时提供了重要的参考依据。

工作模式详细介绍

• 中继器模式：在该模式下，TUSB2E11 能够重复高速数据包，但在处理过程中会有一定的规则。例如，从 eUSB2 到 USB 2.0 或从 USB 2.0 到 eUSB2 重复高速数据包时，HS SOP 最多可截断 4UI，并且在不同方向上引入的随机 dribble 比特数量也有所不同。
• 电源关闭模式：通过将 RESETB 引脚置为低电平，可以将器件置于最低功耗模式。
• 禁用模式：通过 I2C 设置 DISABLE 位，可以禁用中继器。
• UART 模式：在 I2C 模式下，GPIO0 可用于控制 Carkit UART 模式。当 APU 或 SoC 未上电或固件未加载时，GPIO0 为低电平，启用 UART 模式，允许通过 USB 端口访问 APU 或 SoC 调试接口。
• 自动恢复 ECR 模式：该模式下，TUSB2E11 在 L1/L2 模式下支持可选的主机中继器自动恢复功能，通过在 D + /D - 驱动 Resume K 信号，直到从 eDSPr 接收到 SOResume 信号。
• L2 状态中断模式：包括远程唤醒中断和断开连接事件中断模式。在远程唤醒中断模式下，当检测到 UDSP 上的远程唤醒信号时，会驱动 D + /D - 上的 Resume K 信号；在断开连接事件中断模式下，当检测到 USB 2.0 上的 SE0 信号时，会触发中断。
• 附件检测中断模式：当启用附件检测功能时，TUSB2E11 会发出中断事件，而不是在 eUSB2 上发出附件信号。
• GPIO 模式：GPIO0、GPIO1 和 GPIO2 在不同的工作模式下具有不同的功能。例如，GPIO0 可以用于 UART 模式控制、输入输出状态检测等；GPIO1 可用于电池充电器检测控制；GPIO2 可用于提供中断输出或作为电池充电器检测指示器。
• USB 2.0 高速主机断开检测模式：由于 USB 2.0 规范在断开连接时对高速输出差分摆幅没有明确规定，因此需要调整 HS 主机断开阈值，以避免误断开和无法检测到断开的情况。
• 基于帧的低功耗模式：该模式下，TUSB2E11 会在每个高速微帧内监测空闲条件。如果总线空闲时间超过 FRAME_LP_OFF_THRESHOLD，则进入低功耗状态，直到下一个 μSOF 开始。该功能默认启用，可通过清除相应的寄存器位来禁用。
• 电池充电模式：TUSB2E11 支持标准 USB 电池充电规范 1.2（BC1.2）以及分频器模式和 1.2V DCP 专有充电协议。在不同的配置模式下，它可以实现充电器广告和充电器检测功能。

四、设计与应用注意事项

电源设计

在电源设计方面，TUSB2E11 没有 VDD3V3 和 VDD1V8 之间的电源供应顺序要求，但需要确保 VDD3V3 和 VDD1V8 达到最小供应电压的最大斜坡时间为 2ms。同时，在电源设计中要考虑到器件从低功耗模式转换到活动模式时的最大瞬态电流，确保系统电源设计有足够的大容量电容。

布局设计

在布局设计方面，需要遵循一系列的原则。例如，将电源旁路电容尽可能靠近 VDD1V8 和 VDD3V3 引脚放置，避免靠近 eDP/eDN 和 DP/DN 走线；高速 USB 信号走线应尽量减少过孔和拐角的使用，以减少信号反射和阻抗变化；在需要转弯时，使用两个 45° 转弯或弧形代替 90° 转弯；避免在晶体、振荡器、时钟信号发生器等附近布线；避免高速 USB 信号上出现短截线；所有高速 USB 信号走线应覆盖连续的 GND 平面，避免跨越抗蚀刻区域；由于 USB 信号频率较高，建议使用至少四层的印刷电路板。

测试与优化

在设计过程中，最佳的 PHY 设置取决于目标平台的信号链损耗特性。建议从最低的 TX 摆幅和预加重补偿水平开始，逐步增加直到达到最佳的眼图余量。对于 RX 灵敏度或静噪阈值设置，也应从低阈值开始调整，直到达到最佳的 RX 灵敏度和静噪余量。同时，要调整 HS 主机断开阈值，以提供最大的余量，避免误断开和无法检测到断开的情况。

TUSB2E11 作为一款功能强大的 USB 2.0 - eUSB2 中继器，在电子设备的 USB 信号传输中具有重要的应用价值。通过了解其特性、应用场景和设计要点，电子工程师可以更好地利用这款器件，设计出更加稳定、可靠的电路系统。在实际应用中，你是否遇到过类似器件在信号处理或电源管理方面的问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。