EZ - PD™ PMG1 - S2 Power Delivery MCU：高性能USB - C供电的理想之选

在当今电子设备飞速发展的时代，USB - C Power Delivery（PD）技术凭借其高效、灵活的供电能力，成为众多电子设备的供电首选。EZ - PD™ PMG1 - S2 Power Delivery MCU作为一款专为USB - C PD应用设计的微控制器，以其丰富的功能和出色的性能，在市场上脱颖而出。本文将对EZ - PD™ PMG1 - S2进行详细剖析，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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一、EZ - PD™ PMG1家族概述

EZ - PD™ PMG1家族是一系列高压USB - C Power Delivery微控制器，包含Arm® Cortex® - M0/M0 + CPU和USB - C PD控制器，以及模拟和数字外设。该家族主要有EZ - PD™ PMG1 - S0、EZ - PD™ PMG1 - S1、EZ - PD™ PMG1 - S2、EZ - PD™ PMG1 - S3等型号，各型号在CPU、内存、供电、USB等方面存在差异。

子系统或范围	项目	EZ - PD™ PMG1 - S0	EZ - PD™ PMG1 - S1	EZ - PD™ PMG1 - S2	EZ - PD™ PMG1 - S3
CPU&内存子系统	内核	Arm Cortex - M0	Arm Cortex - M0	Arm Cortex - M0	Arm Cortex - M0+
最大频率（MHz）	48	48	48	48
闪存（KB）	64	128	128	256
SRAM（KB）	8	12	8	32
供电	供电端口	1	1	1	48 - QFN为1端口，97 - BGA为2端口
角色	受电端	双角色端口	双角色端口	双角色端口
MOSFET栅极驱动器	1x PFET	2x PFET	2x NFET	灵活的2x NFET
故障保护	VBUS过压和欠压保护	VBUS过压、欠压和过流保护，短路保护和反向电流保护（仅适用于源配置）	VBUS过压、欠压和过流保护	VBUS过压、欠压和过流保护，短路保护和反向电流保护（仅适用于源配置）
USB	集成全速USB 2.0设备，支持广告牌类	否	否	是	是
电压范围	电源（V）	VDDD(2.7 - 5.5)，VBUS(4 - 21.5)	VSYS (2.75 - 5.5)，VBUS (4 - 21.5)	VSYS (2.7 - 5.5)，VBUS(4 - 21.5)	VSYS (2.8 - 5.5)，VBUS (4 - 28)
I/O（V）	1.71 - 5.5	1.71 - 5.5	1.71 - 5.5	1.71 - 5.5
数字	可配置为I2C/UART/SPI的SCB	2	4	4	48 - QFN为7个（其中仅5个可配置为SPI和UART），97 - BGA为8个
TCPWM块（可配置为定时器、计数器或脉宽调制器）	4	2	4	48 - QFN为7个，97 - BGA为8个
硬件认证块（加密）	否	否	是（AES - 128/192/256，SHA1，SHA2 - 224，SHA2 - 256，PRNG，CRC）	是（AES - 128，SHA2 - 256，TRNG，向量单元）
模拟	ADC	2x 8位SAR	1x 8位SAR	2x 8位SAR	2x 8位SAR，1x 12位SAR
片上温度传感器	是	是	是	是

从这些对比中，我们可以根据具体的设计需求，选择最适合的型号。例如，如果对闪存容量和USB功能有较高要求，EZ - PD™ PMG1 - S2或EZ - PD™ PMG1 - S3可能是更好的选择。

二、EZ - PD™ PMG1 - S2详细特性

2.1 基本特性

EZ - PD™ PMG1 - S2具有128KB闪存、8KB SRAM、20个GPIO、全速USB设备控制器、用于认证的加密引擎、20V耐压稳压器，以及一对用于切换5V（VCONN）电源的FET。它还集成了两个用于控制外部VBUS FET的双输出栅极驱动器和系统级ESD保护，提供40 - QFN和42 - CSP两种封装形式，适用于工业温度范围（ - 40°C至 + 105°C）。

2.2 关键特性亮点

• Type - C和USB PD支持：支持一个USB Type - C端口，集成USB Power Delivery 3.0、PD BMC收发器、VCONN FET，可配置电阻$R{P}$和$R{D}$，支持死电池检测、快速角色交换和扩展数据消息，以及基于硬件的过流保护（OCP）和过压保护（OVP）。这些特性使得它在USB - C PD应用中能够稳定、高效地工作，满足不同设备的供电和通信需求。
• 32位MCU子系统：采用48MHz的ARM® Cortex® - M0 CPU，搭配128KB闪存和8KB SRAM，为系统提供了强大的计算能力和数据存储能力，能够快速处理各种复杂的任务。
• 集成数字模块：硬件加密块支持固件图像的硬件辅助认证和可信生态系统中的固件现场升级；全速USB设备控制器支持广告牌设备类；集成定时器和计数器，满足USB PD协议所需的响应时间；四个运行时可重新配置的串行通信块（SCBs），具有可重新配置的I2C、SPI或UART功能，方便与其他设备进行通信。
• 时钟和振荡器：集成振荡器，无需外部时钟，简化了电路设计，降低了成本和电路板空间。
• 电源管理：电源范围为VSYS(2.7V – 5.5V)和VBUS (4.0V – 21.5V)，集成两个双输出栅极驱动器用于外部VBUS FET开关控制，GPIO具有独立的电源电压引脚，支持1.71V至5.5V的信号传输。不同的电源模式（复位、活动、睡眠和深度睡眠）由电源系统管理，能够根据实际需求灵活调整功耗。

三、开发支持

对于开发者来说，丰富的开发支持是选择一款芯片的重要因素之一。EZ - PD™ PMG1家族提供了丰富的文档、开发工具和在线资源。

3.1 文档支持

包括软件用户指南、组件数据手册、应用笔记和技术参考手册等。软件用户指南详细介绍了ModusToolbox™软件的使用方法，组件数据手册提供了选择和使用特定组件所需的所有信息，应用笔记包含了入门指南和硬件设计准则，技术参考手册则包含了使用EZ - PD™ PMG1设备所需的所有技术细节。这些文档能够帮助开发者快速上手，解决开发过程中遇到的问题。

3.2 在线资源

通过EZ - PD™ PMG1 MCU论坛，开发者可以与全球的用户和专家交流，获取最新的技术信息和解决方案。

3.3 开发工具

基于行业标准的内核、编程和调试接口，EZ - PD™ PMG1家族是开发工具生态系统的一部分。ModusToolbox™软件提供了革命性的、易于使用的Eclipse IDE，支持第三方编译器、编程器、调试器和开发套件。使用ModusToolbox™软件，开发者可以创建新应用、配置设备资源和中间件库、编写C/C++/汇编源代码，以及对设备进行编程和调试。

四、功能概述

4.1 CPU和内存子系统

• CPU：Cortex® - M0 CPU是32位MCU子系统的核心，针对低功耗操作进行了优化，采用广泛的时钟门控技术，主要使用16位指令，执行Thumb - 2指令集的子集。英飞凌的实现包括一个硬件乘法器，能够在一个周期内提供32位结果。它还包含一个具有32个中断输入的嵌套向量中断控制器（NVIC）块和一个唤醒中断控制器（WIC），WIC可以在芯片处于深度睡眠模式时将处理器从深度睡眠模式唤醒，节省功耗。此外，CPU还提供了一个非屏蔽中断（NMI）输入和一个串行线调试（SWD）接口，方便调试和开发。
• 闪存：具有两个64KB闪存库和闪存加速器，与CPU紧密耦合，提高了从闪存块的平均访问时间。在48MHz时，闪存块的访问时间为1等待状态（WS），在24MHz时为0等待状态。闪存加速器平均可提供85%的单周期SRAM访问性能。
• SROM：提供包含引导和配置例程的监控ROM。

4.2 加密块

集成的加密块用于固件图像的硬件辅助认证，支持可信生态系统中的固件现场升级，提供高级加密标准（AES）块密码、安全哈希算法（SHA - 1和SHA - 2）、循环冗余校验（CRC）和伪随机数生成等加密功能，保障了系统的安全性。

4.3 集成广告牌设备

集成了一个完整的全速USB 2.0设备控制器，能够作为广告牌类设备工作，也支持其他设备类，增强了设备的通用性和兼容性。

4.4 USB PD子系统

包含与USB Type - C和Power Delivery相关的所有模块，如BMC PHY、VCONN电源FET、模拟交叉开关、可编程上拉和下拉终端、热插拔检测（HPD）处理器、VBUS_C稳压器、电源开关、OV/UV监测块、电流感测放大器（CSA）、VBUS_P和VBUS_C栅极驱动器、VBUS_C放电开关、充电器检测/仿真模块以及两个8位SAR ADC。该子系统与USB Type - C连接器的引脚接口，实现了BMC和4b/5b编码和解码功能，支持DisplayPort边带信号，能够监测VBUS的过压、欠压和过流情况，并通过中断自动关闭电源FET，保障系统的安全稳定运行。

4.5 全速USB子系统

包含全速USB设备控制器，支持相关的通信和数据传输功能。

4.6 外设

• 串行通信块（SCB）：有四个SCBs，可配置为I2C、SPI或UART接口。硬件I2C块实现了完整的多主机和从机接口，支持多主机仲裁。在SPI模式下，SCB块可作为主机或从机。但需要注意的是，SCB 1的I2C端口在某些方面不完全符合I2C规范，如GPIO单元不耐过压、Fast Mode Plus的$I_{OL}$规格不满足要求等。
• 定时器/计数器/PWM块（TCPWM）：四个TCPWM块，每个实现16位定时器、计数器、脉宽调制器（PWM）和正交解码器功能，可用于实现各种定时和控制任务。
• GPIO：最多有20个GPIOs，可配置为GPIOs、SCB、SBU和Aux信号，SWD引脚也可作为GPIOs使用。SCB 0的I2C引脚具有过压耐受性。GPIO块提供七种驱动强度模式、输入阈值选择、输入和输出缓冲器的单独控制、保持模式和可选的压摆率，能够满足不同的应用需求。

五、电源系统

EZ - PD™ PMG1 - S2可由VBUS（4.0V – 21.5V）或VSYS（2.7V – 5.5V）两种外部电源供电。VBUS电源通过芯片内的低压差稳压器（LDO）调节至3.3V水平，芯片内部的VDDD电源智能地在VBUS稳压器输出和未调节的VSYS之间切换。除复位模式外，该芯片有活动、睡眠和深度睡眠三种电源模式，由电源系统管理模式之间的转换。为GPIO提供单独的电源域VDDIO，VDDD和VCCD引脚用于连接1μF电容以稳定稳压器，不支持作为电源使用。当由大于3.3V的VSYS供电时，专用的USB稳压器允许USB操作。

六、引脚定义

文档详细列出了EZ - PD™ PMG1 - S2的引脚定义，包括GPIOs和串行接口、USB FS、USB Type - C、VBUS、VBUS OCP/SCP/RCP、复位、电源和GND等引脚的功能和描述。了解这些引脚定义对于正确设计电路板和连接外部设备至关重要。例如，不同的引脚用于不同的通信协议、电源控制和信号传输，开发者需要根据具体的应用需求合理使用这些引脚。

七、应用示例

7.1 受电应用

在受电应用中，Type - C插座用于消耗功率。EZ - PD™ PMG1 - S2与连接到Type - C插座的源设备协商功率合约，控制和驱动消费者路径的FET，并监测Type - C VBUS线上的过压/欠压情况，确保设备能够安全、稳定地获取电源。

7.2 供电应用

在供电应用中，EZ - PD™ PMG1 - S2作为DFP（电源提供者），最大支持20V、100W的功率配置文件。它可以驱动两种类型的FET，GPIO P1.0的状态（浮空或接地）指示功率提供者路径中使用的FET类型（N - MOS或P - MOS FET）。为了确保在电源适配器电缆断开时VBUS能够快速放电，提供了一个通过电阻连接到EZ - PD™ PMG1 - S2的VBUS_DISCHARGE引脚的放电路径。同时，通过内部电路监测Type - C端口上的VBUS电压，检测欠压和过压情况，还可以通过感测连接在“CSN”和“CSP/VBUS_P”引脚之间的10mΩ感测电阻上的电流来检测VBUS过流。任何VBUS线上的故障都可以用于通过高压栅极驱动器输出（VBUS_P_CTRL0和VBUS_P_CTRL1引脚）关闭VBUS提供者路径。

7.3 双角色端口应用

在双角色端口应用中，Type - C端口既可以作为电源提供者，也可以作为电源消费者，EZ - PD™ PMG1 - S2能够根据实际情况灵活切换角色，满足不同的使用场景。

八、电气规格

文档提供了详细的电气规格，包括绝对最大额定值、引脚的绝对最大额定值、设备级规格、数字外设规格和系统资源规格等。这些规格是设计电路时必须考虑的重要因素，例如绝对最大额定值规定了设备在不同条件下能够承受的最大电压、电流等参数，如果超出这些范围，可能会导致设备损坏。开发者需要根据这些规格合理设计电源、选择外部元件，确保设备在安全的电气环境下工作。

九、订购信息和封装

9.1 订购信息

列出了EZ - PD™ PMG1 - S2的订购代码定义和不同型号的特点，如CYPM1211 - 40LQXI和CYPM1211 - 42FNXIT等型号适用于不同的应用场景和封装需求。开发者可以根据自己的需求选择合适的型号进行订购。

9.2 封装特性

提供了40 - QFN和42 - CSP两种封装的特性，包括工作环境温度、结温、热阻、焊接回流峰值温度和封装湿度敏感度等级等信息。了解这些封装特性有助于在电路板设计和制造过程中选择合适的封装形式，确保设备的可靠性和稳定性。

十、总结

EZ - PD™ PMG1 - S2 Power Delivery MCU以其丰富的功能、出色的性能和完善的开发支持，为电子工程师在USB - C PD应用设计中提供了一个优秀的选择。它不仅能够满足各种复杂的供电和通信需求，还在安全性、低功耗、灵活性等方面表现出色。然而，在使用过程中，工程师们也需要注意其一些细节，如部分接口的规格限制等。希望通过本文的介绍，能够帮助电子工程师们更好地了解和应用EZ - PD™ PMG1 - S2，开发出更加优秀的电子设备。

你在使用EZ - PD™ PMG1 - S2的过程中遇到过哪些问题？或者你对它的哪些特性最感兴趣呢？欢迎在评论区分享你的经验和想法。