探索TS3USB3031：多功能高速开关的卓越之选

在电子设备日益追求高性能、小型化的今天，高速信号开关的性能直接影响着设备的整体表现。TI推出的TS3USB3031便是一款在高速信号切换领域表现出色的产品，下面我们就来深入了解一下。

文件下载：ts3usb3031.pdf

一、TS3USB3031简介

TS3USB3031是一款2通道、1:3复用器，它将高速移动高清链路（MHL）、移动显示端口（MyDP）开关以及USB 2.0高速（480Mbps）开关集成于同一封装中。这种集成化的设计，让系统设计师能够通过共用USB或Micro - USB连接器传输MHL/MyDP信号和两组USB数据，从而节省了电路板空间，减少了连接器的使用。同时，MHL/MyDP路径还支持最新的MHL Rev. 3.0规范。

二、突出特性

（一）电气性能优越

1. 宽电压范围： $V_{CC}$ 范围为2.5V至4.3V，能适应多种不同的电源环境。
2. 低导通电阻和电容：MHL/MyDP开关典型 $R{ON}$ 为5.5Ω，典型 $C{ON}$ 为1.3pF；USB开关典型 $R{ON}$ 为4.5Ω，典型 $C{ON}$ 为1pF。低导通电阻可以减少信号传输过程中的功率损耗，而低电容则有助于提高信号的传输速度和质量。
3. 低电流消耗：典型电流消耗仅为28µA，这对于追求低功耗的移动设备来说至关重要。

（二）特殊保护功能

1. IOFF保护：在掉电状态（ $V_{CC}=0V$ ）下，能有效防止电流泄漏，避免对设备和系统造成损害。
2. 过压耐受：所有I/O引脚无需外部组件即可承受高达5.5V的过压，增强了设备在复杂环境下的可靠性。

（三）兼容性良好

控制输入（SEL）与1.8V逻辑兼容，方便与各种移动处理器的通用I/O（GPIO）直接连接，无需额外的电压转换电路。

（四）ESD性能出色

具备2kV人体模型（A114B，II类）和1kV带电器件模型（C101）的ESD防护能力，能有效抵御静电对芯片的损害。

（五）小巧封装

采用12引脚VQFN封装（1.8mm × 1.8mm，0.4mm间距），适合对空间要求苛刻的移动设备。

三、应用场景广泛

TS3USB3031的应用场景十分丰富，涵盖了智能手机、平板电脑、移动电话、便携式仪器、数码相机等众多领域，无论是USB 2.0数据传输还是MHL高清视频输出，它都能胜任。

四、详细规格解析

（一）绝对最大额定值

了解设备的绝对最大额定值对于确保其安全可靠运行至关重要。TS3USB3031的电源电压 $V{CC}$ 范围为 - 0.3V至5.5V，输入/输出直流电压 $V{IO}$ 同样为 - 0.3V至5.5V。超出这些范围可能会导致设备永久性损坏，所以在设计时一定要严格遵守。

（二）ESD额定值

如前文所述，该芯片具有良好的ESD防护能力，2kV人体模型和1kV带电器件模型的防护等级，能在一定程度上保证芯片在生产、运输和使用过程中免受静电影响。

（三）推荐工作条件

推荐的电源电压 $V{CC}$ 为2.5V至4.3V，模拟电压 $V{IO}$ （USB和MHL）为0至3.6V，工作温度范围为 - 40°C至85°C。在这些条件下使用，能确保芯片发挥最佳性能。

（四）热信息

芯片的热性能也是需要关注的重点。TS3USB3031的结到环境热阻 $R{θJA}$ 为160.8°C/W，结到外壳（顶部）热阻 $R{θJC(top)}$ 为95.5°C/W，结到电路板热阻 $R_{θJB}$ 为91.2°C/W。了解这些热阻参数，有助于我们在设计散热方案时做出合理的决策。

（五）电气和动态特性

电气特性方面，包括导通电阻、泄漏电流、输入逻辑高低电平等参数。动态特性则涉及传播延迟、开关时间、电容等。这些参数直接影响着信号的传输速度、质量和稳定性。例如，传播延迟tpd典型值为50ps，开关时间tswitch典型值为400ns，能满足高速信号切换的需求。

五、功能模式与应用实现

（一）功能模式

TS3USB3031的功能模式由SEL0和SEL1两个数字控制输入决定。当SEL1和SEL0都为低电平时，D + /D - 连接到USB1 + /USB1 - ；SEL1为低电平，SEL0为高电平时，D + /D - 连接到USB2 + /USB2 - ；SEL1为高电平，SEL0为低电平时，D + /D - 连接到MHL + /MHL - ；SEL1和SEL0都为高电平时，USB和MHL开关处于高阻状态。

（二）典型应用

在典型应用中，TS3USB3031可用于切换两组USB路径和MHL路径。设计时需要遵循MHL和USB 1.0、1.1、2.0标准，该芯片的SEL0和SEL1引脚内部有6MΩ下拉电阻，默认选择USB1通道。同时，还会使用TS5A3157单独的单刀双掷开关来切换MHL的CBUS和USB OTG所需的USB ID线。

（三）电源与布局建议

1. 电源：通过 $V{CC}$ 引脚供电，建议在 $V{CC}$ 引脚附近放置旁路电容，以平滑低频噪声，提供更好的负载调节。该芯片由于具有掉电隔离功能，不需要与系统中的其他设备进行电源排序。
2. 布局：布局时要将旁路电容尽量靠近 $V_{CC}$ 引脚，避免靠近D + 和D - 走线。高速D + 和D - 走线长度要相等且不超过四英寸，阻抗要与电缆的差分特性阻抗匹配。减少过孔和拐角的使用，避免信号反射和阻抗变化。

六、总结与思考

TS3USB3031凭借其卓越的性能、丰富的功能和小巧的封装，为高速信号切换应用提供了一个优秀的解决方案。在实际设计中，我们需要根据具体的应用场景和需求，合理选择芯片的工作模式，严格遵循推荐的工作条件和布局建议，以确保设备的性能和可靠性。同时，对于芯片的ESD防护和散热问题也不能忽视。大家在使用TS3USB3031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。