TUSB213-Q1 USB 2.0高速信号调节器：设计与应用详解

在当今的电子设备中，USB接口的应用极为广泛，而高速稳定的信号传输则是保证设备性能的关键。TUSB213-Q1作为一款专门为补偿USB高速信号损失而设计的信号调节器，在汽车及众多电子设备中发挥着重要作用。下面就为大家详细介绍TUSB213-Q1的相关特性、规格及应用设计。

文件下载：tusb213-q1.pdf

一、TUSB213-Q1特性概述

汽车应用适配性

TUSB213-Q1符合汽车应用要求，通过了AEC-Q100标准测试，器件温度等级为2级，环境工作温度范围在 -40°C至105°C，能适应较为恶劣的汽车工作环境。同时，其HBM分类等级为H1C，CDM分类等级为C3，具备良好的静电防护能力。

信号处理特性

它采用了对USB低速（LS）和全速（FS）信号无感知的设计，正在申请专利。这意味着LS和FS信号特征不受该器件影响，而它会专门对高速（HS）信号进行补偿，以保证HS信号的质量。

兼容性与配置灵活性

该器件与USB 2.0、OTG 2.0和BC 1.2兼容，引脚搭接或可通过I2C进行配置，支持LS、FS和HS信号传输。借助可编程信号交流升压和直流升压，可精调器件性能，优化连接器上的高速信号，适用于多种不同应用。

低功耗与扩展性

具有超低USB断开和关断功耗，还支持可扩展解决方案，可用于高损耗应用的菊花链器件。此外，D1P/M和D2P/M可互换且主机/设备不可知，符合USB On-The-Go (OTG) 和电池充电 (BC) 协议，支持长达5米的通道前或2米的通道后电缆长度。

二、规格参数分析

绝对最大额定值

• 电源电压范围（VCC）：-0.3V至6V。
• I/O引脚电压范围：-0.3V至3.8V。
• 存储温度范围：-65°C至150°C。

ESD 评级

人体模型（HBM）为 +2000V，带电设备模型（CDM）为 +500V，表明该器件具有较好的静电防护能力，但在实际应用中仍需注意静电放电问题。

推荐工作条件

• 电源电压（Vcc）：4.4V至5.5V。
• 环境温度（TA）：-40°C至105°C。
• 结温（TJ）：-40°C至125°C。

热信息

给出了多种热阻参数，如结到环境热阻（RQJA）为49.1°C/W等，这些参数对于散热设计非常重要，工程师在设计时需要根据实际情况进行合理的散热布局。

电气特性

详细列出了不同工作模式下的电流参数，如高速活动电流（LACTIVE_HS）典型值为18mA，高速空闲电流（IDLE_HS）典型值为13mA等。同时，还给出了输入输出电压、电流等参数，这些参数是电路设计和性能评估的重要依据。

开关特性

包括DxP/M的比特率、上升时间、下降时间等参数，以及RSTN信号的最小脉冲宽度和VCC稳定时间等，这些参数对于信号的传输和处理速度有重要影响。

三、功能详细描述

整体概述

TUSB213-Q1旨在补偿传输通道中的ISI信号损失，其专利设计对LS和FS信号无影响，仅补偿HS信号，且与OTG和BC规范兼容。通过EQ引脚的外部电阻可实现可编程信号交流升压，DC_BOOST引脚可配置直流升压，有助于克服电缆损耗。

功能框图

从功能框图可以清晰地看到该器件的内部结构和信号处理流程，为工程师理解和设计电路提供了直观的参考。

特性描述

• EQ引脚：用于配置器件的交流升压，通过不同的外部下拉电阻值可设置四个级别的交流升压。
• DC_BOOST引脚：是一个三电平引脚，根据不同的电平设置可确定器件的直流增益。

设备功能模式

• 低速（LS）模式：自动检测到LS连接，不启用信号补偿，CD引脚置高。
• 全速（FS）模式：自动检测到FS连接，不启用信号补偿，CD引脚置高。
• 高速（HS）模式：自动检测到HS连接，根据DC_BOOST引脚配置和EQ引脚的外部下拉电阻进行信号补偿，CD引脚置高。
• 关机模式：RSTN引脚置低时，器件禁用，USB通道仍可正常工作，但无信号补偿，CD引脚无通道状态指示。
• I2C模式：支持100 kHz I2C用于设备配置、状态回读和测试，通过I2C读写事务可访问特定寄存器。

四、应用与实现

应用信息

TUSB213-Q1的主要目的是恢复USB高速通道到USB连接器的信号完整性，解决因高损耗PCB走线和电容负载导致的信号质量下降问题，帮助通过USB近端眼图测试。此外，其CD引脚还可用于控制客户平台上的其他模块。

典型应用

典型应用中，D2P和D2M面向USB连接器，D1P和D1M面向USB主机或集线器，也可根据需要反转方向。

设计要求与详细设计流程

• 设计要求：给出了电源电压、是否需要IC支持、交流升压和直流升压设置等参数。
• 详细设计流程：TUSB213-Q1需要有效的复位信号，VREG引脚需要外部电容来稳定核心。理想的交流和直流升压设置取决于目标平台的信号链损耗特性，一般建议从较低的升压级别开始，逐步调整。为使器件识别升压设置的变化，需要对RSTN引脚进行切换。同时，要注意DC_BOOST引脚的电压限制，以及器件的放置位置应根据应用目标进行合理选择。

测试程序

分别给出了主机端和设备端应用构建USB高速眼图的测试程序，这些程序是进行性能测试和验证的重要步骤，工程师需要严格按照程序进行操作，以确保测试结果的准确性。

应用曲线

通过一系列的眼图可以直观地看到不同直流升压和交流升压设置下的信号质量，为工程师选择合适的设置提供了参考。

五、电源供应建议

上电时，RSTN引脚和电源斜坡的相互作用可能导致数字电路设置不正确。为确保数字电路正确复位，在电源斜坡稳定到4.4V或更高之前，不应启用设备。如果无法通过微控制器或其他电路将RSTN引脚保持低电平，需要在RSTN引脚和GND之间连接外部电容，其RC时间常数应大于电源斜坡时间的五倍。

六、布局设计

布局指南

为避免信号过孔，建议将高速走线与TUSB213-Q1放置在同一表层。布局应使用阻抗控制走线，以保持整个信号路径的90Ω差分阻抗，遵循高速信号布线的一般准则。

布局示例

给出了布局示例图，为工程师进行实际布局提供了参考，但在实际应用中，还需要根据具体的电路板尺寸、元件分布等因素进行调整。

七、器件和文档支持

接收文档更新通知

可导航至TI.com上的器件产品文件夹，点击右上角的“通知我”进行注册，每周接收产品信息更改摘要。

社区资源

TI E2E™在线社区为工程师提供了协作交流的平台，可在e2e.ti.com中咨询问题、分享知识。同时，TI参考设计支持可帮助查找相关的论坛、工具和技术支持信息。

静电放电警告

ESD可能会损坏集成电路，建议采取适当的预防措施处理所有集成电路，避免因静电放电导致器件性能下降或损坏。

八、机械、封装和可订购信息

详细介绍了器件的封装信息，如VQFN封装的尺寸、引脚数量等。同时，给出了可订购的产品型号、状态、包装数量、载体、RoHS合规性等信息，方便工程师进行采购和选型。

TUSB213-Q1是一款功能强大的USB高速信号调节器，在汽车和电子设备领域具有广泛的应用前景。工程师在设计过程中，需要充分了解其特性、规格和应用要求，合理进行电路设计、布局和散热设计，以确保设备的性能和可靠性。大家在实际应用中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。