TPS25810：USB Type - C DFP控制器与电源开关的深度解析

在当今的电子设备中，USB Type - C接口因其强大的功能和广泛的应用而备受青睐。TI公司的TPS25810作为一款具有负载检测功能的USB Type - C DFP控制器和电源开关，在USB Type - C应用领域有着重要的地位。本文将深入剖析TPS25810的特性、应用、规格等方面，为电子工程师们在设计相关产品时提供有价值的参考。

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特性亮点

兼容性与检测功能

TPS25810兼容USB Type - C版本1.2的下行数据端口（DFP）控制器，具备连接器连接/断开检测功能，能够通过配置通道（CC）进行STD/1.5A/3A电流能力通告。超高速极性确定功能使得数据传输更加稳定，同时还能实现$BUS$应用和放电、$CONN$应用于电子标记电缆，以及音频和调试附件识别。在端口未连接时，$I_{DDQ}$的典型值仅为0.7µA，大大降低了功耗。

电源选项与低功耗设计

该器件提供三个输入电源选项，分别为IN1（USB充电电源）、IN2（$CONN$电源）和AUX（器件电源）。电源唤醒功能可保证系统在冬眠（S4）和关闭（S5）功耗状态下的低功耗，这对于移动设备等对功耗敏感的应用来说至关重要。

功率管理与封装优势

其内置的34mΩ（典型值）高侧金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET），具有1.7/3.4A $I_{Limit}$（±7.1%） - 可编程的特点，能够实现端口功率管理，优化多端口的功率资源。采用20引脚晶圆级四方扁平无引线（WQFN）封装（3mm x 4mm），体积小巧，并且符合UL列表 - 文件号E169910，保证了产品的安全性和可靠性。

应用场景广泛

笔记本与显示器

在笔记本中的USB Type - C主机端口，TPS25810可用于休眠充电，为用户提供更加便捷的充电体验。同时，在LCD监视器/扩展坞和充电托板中也能发挥重要作用，实现高效的电源管理和数据传输。

充电器应用

Type - C USB壁式充电器也是TPS25810的典型应用场景之一，它能够为设备提供稳定的充电电流，确保充电过程的安全和高效。

规格参数详解

绝对最大额定值与ESD评级

TPS25810在绝对最大额定值方面有着明确的规定，如引脚电压、引脚电流、工作结温、存储温度范围等。在ESD评级方面，它能够承受人体模型（HBM）+2000V、带电设备模型（CDM）+500V等静电放电，并且CC1和CC2引脚在IEC标准下也有相应的防护能力，这保证了器件在实际应用中的可靠性。

电气与开关特性

在电气特性方面，不同温度和工作条件下，其输出功率开关的导通电阻、短路电流限制、放电电阻等参数都有详细的规定。开关特性方面，如输出电压的上升时间、下降时间、电流限制响应时间等，也为工程师在设计电路时提供了重要的参考依据。

热信息与典型特性

热信息部分给出了器件的热阻、表征参数等，帮助工程师进行散热设计。典型特性曲线则展示了不同参数随温度的变化情况，如$VBUS$电流限制开关导通电阻与温度的关系、$ILIM$与温度的关系等，使工程师能够更好地了解器件的性能。

详细工作原理

USB Type - C基础概念

要理解TPS25810的工作原理，首先需要了解USB Type - C的一些基本概念。USB Type - C消除了主机和设备功能所需的不同插头和插座类型，通过配置通道（CC）来维持主机到设备的逻辑关系。所有USB Type - C端口可工作在主机模式、设备模式和双角色模式三种数据模式下，端口类型包括DFP（下游面向端口）、UFP（上游面向端口）和DRP（双角色端口）。

配置通道与连接检测

TPS25810通过CC1和CC2引脚来检测端口的连接情况和解决电缆方向问题。它采用拉上和拉下终端模型，通过检测产品中的终端来确定连接是否有效。例如，UFP会在其CC引脚（CC1和CC2）上通告$R_d$，而带电电缆会在插头的一个CC引脚上通告$R_a$，模拟音频设备会在两个CC引脚上通告$R_a$。

电流能力通告与过载保护

TPS25810支持USB Type - C标准定义的三种电流通告，通过CHG和CHG_HI引脚控制向连接的UFP广播的电流。在过载情况下，内部电流限制调节器会将输出电流限制在选定的$ILIM$，并通过FAULT引脚发出信号。如果过载情况持续时间过长，器件会进行热循环，以保护内部FET和系统安全。

欠压锁定（UVLO）与其他功能

欠压锁定（UVLO）电路会在输入电压达到阈值之前禁用电源开关，内置的迟滞功能可防止因输入电压下降而导致的不必要的开关循环。此外，TPS25810还具备音频和调试附件检测、插头极性检测、设备启用控制、负载检测、端口功率管理等功能，为系统的完整性和稳定性提供了保障。

应用与实现要点

设计流程

在实现一个全功能的Type - C DFP时，可以按照以下设计流程进行。首先要明确TPS25810的功能特点，它仅在检测到UFP连接时才向V$BUS$供电，并通过CC引脚通告其电流能力。同时，要注意该器件不支持BC 1.2，如果需要支持BC 1.2与Type - C充电模式，需要搭配如TPS2514A等器件使用。

典型应用设计

无BC 1.2支持的Type - C DFP端口实现

对于无BC 1.2支持的Type - C DFP端口设计，需要考虑输入和输出电容的选择。输入电容可以减少输入电压的过冲和下降，输出电容可以控制输出电压的下冲。在设计时，应将至少120µF的旁路电容靠近IN引脚放置，同时在Type - C插座的V$BUS$引脚附近放置10 - µF的旁路电容。此外，要根据系统支持的最大电流水平设置CHG和CHG_HI引脚的电平，REF和REF_RTN引脚之间应连接一个1% 100 - kΩ的电阻。

有BC 1.2支持的Type - C DFP端口实现

当需要支持BC 1.2时，需要使用如TPS2514A这样的USB专用充电端口（DCP）控制器。在设计过程中，同样要遵循上述的设计原则，同时要参考TPS2514A的相关规格和设计要求。

电源供应与布局建议

电源供应

TPS25810有三个电源供应输入，分别为IN1、IN2和AUX。在大多数应用中，这三个供应可以连接在一起。在特殊的应用场景，如电源唤醒功能中，IN1/IN2可以连接到一个电源，而AUX由一个始终开启的低电压电源供电。同时，要注意USB规范对$VBUS$电压的要求，合理布局电源以减少电压下降。

布局指南

在布局方面，要遵循一些最佳实践。例如，在Type - C插座附近放置10 - µF的陶瓷电容，在IN1引脚附近放置120µF的陶瓷电容，并尽量减小旁路电容连接、IN1引脚和IC的GND引脚形成的环路面积。高电流承载的电源路径连接应尽可能短，输入和输出迹线也应尽量短，以减少电压下降。连接到REF引脚的电阻应使用1% 100 - kΩ的低温度系数电阻，并将REF_RTN引脚与GND平面隔离。此外，要注意CC线的长度应尽量保持一致，对于未使用的开漏输出引脚，可以将其开路或连接到GND。

器件与文档支持

器件支持

TI公司对于TPS25810提供了相关的器件支持，但对于第三方产品或服务，TI不构成对其适用性的认可或担保。

文档支持

在文档支持方面，有《PowerPad™耐热增强型封装》《PowerPAD™速成》《TPS25810EVM - 745用户指南》《TPS25810高压DFP保护》等相关文档可供参考。工程师可以通过导航至德州仪器TI.com.cn上的器件产品文件夹，注册接收文档更新通知，以便及时了解产品信息的变化。

社区资源

TI E2E™在线社区为工程师们提供了一个交流和学习的平台，在这里可以咨询问题、分享知识、拓展思路并与同行工程师一道帮助解决问题。

总之，TPS25810作为一款功能强大的USB Type - C DFP控制器和电源开关，为电子工程师在设计USB Type - C相关产品时提供了丰富的选择和可靠的保障。在实际应用中，工程师们需要根据具体的需求和场景，合理选择和使用该器件，并遵循相关的设计原则和布局指南，以确保产品的性能和稳定性。你在使用TPS25810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。