探索TS3USBCA4 USB Type-C SBU多路复用器：特性、应用与设计要点

在当今的电子设备中，USB Type-C接口的应用越来越广泛，它不仅提供了高速数据传输，还支持多种功能的复用。而TS3USBCA4作为一款专门针对USB Type-C SBU信号的多路复用器，在其中扮演着重要的角色。今天，我们就来深入了解一下这款器件。

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一、TS3USBCA4概述

TS3USBCA4是德州仪器（TI）推出的一款无源4:1（TS3USBCA420）和3:1（TS3USBCA410）多路复用器。它主要用于将USB Type-C连接器端接到不同接口的SBU1/SBU2端子上的各种类型的差分或单端信号。这些信号可以是差分DisplayPort辅助（AUX）、模拟音频MIC和AGND、PCIe差分时钟或任何其他受支持的通用差分或单端信号。

二、特性亮点

2.1 通用多路复用能力

适用于0至3.6V差分或单端信号的通用多路复用器，具有很强的兼容性。用于AGND连接的60mΩ超低电阻$R_{ON}$，可实现低串扰性能，确保信号传输的稳定性。

2.2 出色的音频性能

音频路径具有超低导通状态电阻（$R_{ON}$）、低串扰和出色的总谐波失真（THD）性能。先断后通功能防止在信号从一个通道传输到另一个通道时产生信号失真，为音频应用提供了高质量的保障。

2.3 高带宽支持

高速路径支持的带宽高达500MHz，为DisplayPort AUX、PCIe时钟和其他类似信号提供充分支持。这使得它能够满足高速数据传输的需求，适用于多种高速应用场景。

2.4 宽电源电压范围和温度范围

具有2.4V至5.5V宽电源电压范围，用户可以灵活地选择使用单节电池、3.3V稳压器或VBUS供电。同时，它还提供面向商业和工业温度范围的选项，商业温度范围为0ºC至70ºC（TS3USBCA420和TS3USBCA410），工业温度范围为 -40°C至85ºC（TS3USBCA420I和TS3USBCA410I），适应不同的工作环境。

2.5 小尺寸封装

采用1.8mm x 2.6mm、16引脚、0.4mm间距QFN封装，节省了电路板空间，适合于便携式设备的设计。

三、应用领域

TS3USBCA4的应用非常广泛，常见于以下设备中：

• 平板电脑和笔记本电脑：用于实现USB Type-C接口的多功能复用，如音频传输、DisplayPort信号传输等。
• 台式机和游戏控制台：支持高速数据传输和音频功能，提升设备的性能和用户体验。
• VR模块和智能手机：满足这些设备对小型化和高性能的要求，实现接口的集成和优化。
• 显示器：用于DisplayPort AUX信号的传输，确保高分辨率图像的清晰显示。

四、引脚配置与功能

TS3USBCA4的引脚配置和功能较为复杂，不同的引脚具有不同的作用。例如，VCC为电源引脚，需要靠近该引脚放置外部去耦电容；MIC_GND1/Ln1和MIC_GND2Ln2用于模拟音频MIC/AGND信号连接到音频编解码器，也可作为通用VO使用；OEn为输出使能引脚，低电平为正常操作，高电平为待机模式等。在实际设计中，需要根据具体的应用需求正确连接和配置这些引脚。

五、电气特性与参数

5.1 绝对最大额定值

规定了器件在正常工作时的最大电压、电流等参数范围，如Vcc的供应电压范围为 -0.5至6V，VIN DIFF的差分电压为 -4至4V等。超过这些额定值可能会导致器件损坏，因此在设计时必须严格遵守。

5.2 电气特性

包括不同电源电压下的供应电流、输入输出电压、电阻、电容等参数。例如，在3V ≤VCC ≤3.6V时，供应电流Icc典型值为45μA，最大值为70μA；在2.4V ≤VCC ≤5.5V时，相关参数也有相应的规定。这些参数对于评估器件的性能和进行电路设计非常重要。

5.3 开关特性和时序要求

规定了开关的导通和关断时间、I2C时钟频率、数据传输的时序等参数。例如，I2C时钟频率fscL最大为400kHz，开关ON时间和OFF时间等也有具体的要求。这些参数确保了器件在信号切换和数据传输时的稳定性和准确性。

六、设计要点

6.1 电源选择

TS3USBCA4的宽电源电压范围为设计提供了灵活性，但在选择电源时，需要考虑器件性能的参数变化、其他组件的电源范围、配套设备的IO电压水平以及成本等因素。例如，使用稳压的3.3V $V_{CC}$可以使TS3USBCA4的性能变化较小，但可能会增加系统成本和电路板面积。

6.2 配置模式选择

有I2C-和pin-配置模式可供选择。I2C配置模式更受青睐，因为它可以减少微处理器所需的IO数量。但需要注意的是，在TS3USBCA420中，翻转功能仅在$I^{2} C$ -配置模式下可用。同时，通过对I2C_EN进行引脚绑定，可以选择两个I2C从地址，避免地址冲突。

6.3 布局设计

在布局设计时，$V_{CC}$引脚必须靠近器件放置去耦电容，通常推荐使用0.1μF和1μF的电容。要保持Type-C连接器的SBU1和SBU2引脚到音频编解码器的MIC_GND1和MIC_GND2引脚的总电阻低，以避免降低串扰性能。此外，应将I2C和数字信号与音频信号分开布线，防止耦合到音频线上。

七、总结

TS3USBCA4作为一款功能强大的USB Type-C SBU多路复用器，具有多种优秀的特性和广泛的应用领域。在电子工程师的设计过程中，充分了解其特性、引脚配置、电气参数和设计要点，能够更好地发挥其优势，实现高性能、稳定可靠的电路设计。同时，在实际应用中，还需要根据具体的需求进行合理的选择和优化，确保设计的成功。大家在使用TS3USBCA4的过程中，有没有遇到过什么特别的问题或者有什么独特的设计经验呢？欢迎在评论区分享交流。