EZ - PD™ CCG7DC：双端口 USB - C 电源传输与 DC - DC 控制器深度解析

在当今的电子设备充电领域，多端口、高功率密度以及高兼容性的充电解决方案需求日益增长。Infineon 的 EZ - PD™ CCG7DC 双端口 USB - C 电源传输与 DC - DC 控制器应运而生，为多端口消费充电应用提供了高度集成的解决方案。今天，我们就来深入了解一下这款产品。

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一、产品概述

EZ - PD™ CCG7DC 是一款高度集成的双端口 USB Type - C 电源传输（PD）解决方案，集成了升降压控制器。它符合最新的 USB Type - C 和 PD 规范，目标应用为多端口消费充电场景。其集成特性不仅减少了物料清单（BOM），还提供了优化的占位面积，以支持更高功率密度的设计。

该控制器支持 4V 至 24V 的宽输入电压范围（可承受 40V 电压），以及 150kHz 至 600kHz 的可编程开关频率。同时，它还集成了 VBUS NFET 的栅极驱动器，并在 VBUS 上具备硬件控制的保护功能。

在可编程性方面，CCG7DC 是一款极具优势的 USB - PD 解决方案。它搭载了片上 32 位 Arm® Cortex® - M0 处理器、128KB 闪存、16KB RAM 和 32KB ROM，为用户应用留出了大量的闪存空间。此外，它还集成了各种模拟和数字外设，如 ADC、PWM 和定时器，允许实现自定义系统管理功能，如动态负载共享和温度监测。

二、应用领域

1. 点烟器适配器（CLA）

在汽车环境中，点烟器适配器可以利用 CCG7DC 为移动设备、平板电脑或笔记本电脑充电。当无负载连接到 USB Type - C 端口时，CCG7DC 会进入待机模式，不开启升降压控制器，从而降低功耗。

2. 多端口 AC - DC 充电器和适配器

多端口充电器需要高效地管理多个设备的充电需求。CCG7DC 可以与连接的设备协商功率，并利用集成的升降压控制器提供所需的电压和电流，实现多设备的同时充电。

三、产品特性

1. USB - PD 特性

• 双端口支持：支持两个 USB - PD 端口，满足多设备同时充电的需求。
• 最新规范支持：支持最新的 USB - PD 3.0 版本 2.0，包括可编程电源（PPS）模式，以及扩展数据消息（EDM）。

2. Type - C 特性

• 可配置电阻：支持可配置的电阻 RP 和 RD，用于实现连接检测、插头方向检测以及 USB 源/汇角色的建立。
• VBUS NFET 栅极驱动器：集成了 VBUS NFET 栅极驱动器，方便控制 VBUS 路径。
• VCONN 电源供应与控制：集成了 100mW 的 VCONN 电源供应和控制功能。

3. 双升降压控制器特性

• 宽开关频率范围：开关频率范围为 150kHz 至 600kHz，可根据应用需求进行灵活调整。
• 宽输入电压范围：输入电压范围为 5.5V 至 24V，可承受 40V 电压，输出电压范围为 3.3V 至 21.5V。
• PPS 高精度控制：在 PPS 模式下，支持 20mV 的电压和 50mA 的电流步进，实现精确的电源控制。
• 节能模式支持：支持可选的脉冲跳过模式（PSM）和强制连续导通模式（FCCM），可根据负载情况优化效率。
• 软启动功能：具备软启动功能，减少启动时的电流冲击。
• 低 EMI 设计：支持可编程的扩频时钟，降低电磁干扰（EMI）。

4. 其他特性

• 多种充电协议支持：支持 QC4 +、QC4.0、三星 AFC、苹果 2.4A 和 BC v1.2 等多种充电协议。
• 电压和电流保护：集成了电压（VBUS）调节和电流检测放大器（CSA），具备过压保护（OVP）、过流保护（OCP）、欠压保护（UVP）和 VBUS 到 CC 短路保护等功能。
• 丰富的外设和接口：包含 19 个 GPIO、两个过压 GPIO、3 个 8 位 ADC、4 个 16 位定时器/计数器/PWM（TCPWM）以及 4 个 SCB（I2C/SPI/UART）通信接口。
• 集成振荡器：集成振荡器，无需外部时钟，简化了设计。
• 宽电源范围：输入电压范围为 4V 至 24V（可承受 40V），输出电压范围为 3.3V 至 21.5V，集成了能够提供 5V @ 150mA 的 LDO。
• 工业级封装：采用 68 引脚 QFN（8mm × 8mm）封装，工作温度范围为 - 40°C 至 + 105°C，适用于工业环境。

四、功能模块详解

1. MCU 子系统

• CPU：采用 32 位 Arm® Cortex® - M0 处理器，针对低功耗操作进行了优化，大部分使用 16 位指令，执行 Thumb - 2 指令集的子集。它还包含硬件乘法器，可在一个周期内提供 32 位结果，并具备中断控制器和唤醒中断控制器，可从深度睡眠模式唤醒处理器。
• 存储：拥有 128KB 闪存和 32KB ROM 用于非易失性存储，ROM 存储认证库和设备驱动程序，为用户应用留出大量闪存空间。16KB RAM 用于存储系统变量和参数的临时状态。

2. USB PD 子系统

• 物理层：包含 USB PD 物理层块和支持电路，通过 CC 通道按照 PD 3.0 标准进行 BMC 编码数据的半双工通信。支持 PPS 操作，在未连接（待机）状态下支持硬件控制的 Rp 电阻，以降低待机功耗。
• VCONN 开关：内部 LDO 电压调节器可为电子标记电缆组件（EMCA）、VCONN 供电设备（VPD）和 VCONN 供电附件提供 100mW 的 VCONN 电源。具备过流保护功能，在 VCONN 电流超过 OCP 限制时，可在用户配置的重试次数后关闭 Type - C 端口。
• 保护功能：对 VBUS 进行欠压、过压、过流和短路保护，故障阈值和响应时间可配置。在发生故障时，可在用户配置的重试次数后关闭 Type - C 端口。

3. 升降压子系统

• 电流检测：采用高端（逐周期）CSA 进行峰值电流检测，通过外部 5mΩ 电阻实现。具备斜率补偿功能，避免内部电流环的次谐波振荡，并提供电流限制比较器。
• 栅极驱动：提供四个 N 沟道 MOSFET 栅极驱动器，包括两个浮动高端栅极驱动器和两个接地参考低端驱动器。高端和低端栅极驱动器的驱动强度可编程。
• 误差放大器和 PWM：包含两个误差放大器用于输出电压和电流调节，PWM 块生成控制信号，具备多种可编程选项，支持 PSM 和 FCCM 模式。

4. 升降压控制器操作区域

根据输入电压和输出电压的关系，CCG7DC 可工作在降压、升压、降压 - 升压区域 1 和降压 - 升压区域 2 等不同区域。同时，支持可编程的开关频率和扩频时钟，以满足不同应用的需求。

5. 模拟和数字块

• ADC：拥有三个 8 位 SAR ADC，可用于通用 A - D 转换应用。
• 串行通信块（SCB）：四个 SCB 块可配置为 I2C、SPI 或 UART，支持多主仲裁，具备灵活的缓冲选项。
• 定时器和 PWM：TCPWM 块支持四个定时器或计数器或脉冲宽度调制器，可用于内部定时器或提供基于 PWM 的功能。

6. I/O 子系统

• GPIO：拥有 19 个 GPIO，具备八种驱动强度模式、输入阈值选择、输入和输出禁用控制、保持模式和可选的压摆率控制等功能。
• 中断功能：每个 I/O 引脚可产生中断，每个 I/O 端口都有中断请求（IRQ）和中断服务程序（ISR）向量。

7. 系统资源

• 看门狗定时器：具备看门狗定时器，可在深度睡眠期间运行，在超时前未服务时产生看门狗复位。
• 复位系统：可通过多种源进行复位，复位原因记录在寄存器中，方便软件确定复位原因。
• 时钟系统：具备完全集成的时钟，无需外部晶体，可提供时钟给所有需要时钟的子系统，并在不同时钟源之间切换。

五、电源子系统

• 电源输入：电源子系统从 4V 至 24V 的 VIN 电源供电，VDDD 引脚为 5V LDO 输出，可用于为外部负载供电，最大电流为 150mA。
• 欠压锁定（UVLO）：支持 UVLO 功能，当输入电压低于可靠水平时，设备将关闭，保证设备运行的可预测性。
• 电源模式：具备活动（ACTIVE）和深度睡眠（DEEPSLEEP）两种电源模式，电源系统管理模式之间的转换。

六、引脚信息

CCG7DC 拥有众多引脚，用于连接外部元件和实现各种功能。详细了解每个引脚的功能和连接要求对于正确设计电路至关重要。例如，SW1_0 引脚为端口 0 降压高端栅极驱动器的负电源轨，LG1_0 引脚为端口 0 降压低端栅极驱动器输出等。在设计时，需要根据引脚的功能和要求，合理选择连接方式和布线，以确保系统的稳定性和性能。

七、编程与引导加载

有两种方式可将应用固件编程到 CCG7DC 设备中：通过 SWD 接口编程设备闪存和通过特定接口（CC、I2C）进行应用固件更新。在开发或产品制造过程中，通常通过 SWD 接口进行编程。英飞凌提供了 MiniProg3 和 MiniProg4 等编程套件，方便用户进行编程和调试。在大规模生产前，建议使用 EZ - PD™ 配置实用程序关闭通过 CC 或 I2C 接口的应用固件更新功能，以防止未经授权的固件更新。

八、应用案例

1. 点烟器适配器（CLA）

在点烟器适配器应用中，CCG7DC 始终处于 DFP 角色，支持设备充电。它与连接的设备协商功率，并使用集成的升降压控制器提供所需的电压和电流。当无负载连接时，CCG7DC 处于待机模式，不开启升降压控制器，降低功耗。

2. 多端口 AC - DC 电源适配器

在多端口 AC - DC 电源适配器应用中，CCG7DC 同样处于 DFP 角色，与连接的设备协商功率，使用集成的降压控制器提供所需的电压和电流。通过动态控制光耦反馈，可优化效率，调节降压输入电压以接近输出电压。该应用还可配置为支持 BC1.2 DCP、高通 QC2.0/3.0、苹果充电和三星 AFC 等多种充电协议。

九、电气规格

文档中详细列出了 CCG7DC 的电气规格，包括绝对最大额定值、设备级规格、数字外设规格、系统资源规格等。这些规格对于正确使用和设计 CCG7DC 至关重要。例如，绝对最大额定值规定了设备的最大输入电压、最大电流、最大温度等参数，超过这些参数可能会缩短设备的使用寿命。在设计过程中，必须确保设备在规定的电气规格范围内工作，以保证系统的可靠性和稳定性。

十、订购信息与封装

1. 订购信息

EZ - PD™ CCG7DC 有特定的订购代码，如 CYPD7271 - 68LQXQ，代表双端口 USB - C PD AC - DC 电源适配器/点烟器适配器（CLA）应用，采用 Rp 终端电阻，为 DFP 角色，开关频率范围为 150kHz - 600kHz，封装类型为 68 引脚 QFN。

2. 封装

采用 68 引脚 QFN（8mm × 8mm）封装，工作温度范围为 - 40°C 至 + 105°C。封装具有特定的热特性和焊接要求，如最大峰值温度为 260°C，在峰值温度 ± 5°C 范围内的最大时间为 30 秒等。

综上所述，EZ - PD™ CCG7DC 是一款功能强大、集成度高、灵活性强的双端口 USB - C 电源传输与 DC - DC 控制器。它为多端口消费充电应用提供了全面的解决方案，能够满足不同用户的需求。作为电子工程师，在设计多端口充电产品时，CCG7DC 无疑是一个值得考虑的选择。希望通过本文的介绍，能让大家对 CCG7DC 有更深入的了解，在实际设计中能够充分发挥其优势。

大家在使用 CCG7DC 过程中遇到过哪些问题或者有什么独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享交流。