探索TS3USB3200：多功能USB与视频信号切换芯片的卓越之选

在电子设备的设计领域，信号切换和控制是一项至关重要的技术。今天，我们要深入探讨一款具有高性能和广泛适用性的芯片——TS3USB3200，它究竟有哪些亮点和应用潜力呢？让我们一探究竟。

文件下载：ts3usb3200.pdf

一、产品概述

TS3USB3200是德州仪器（Texas Instruments）推出的一款多功能芯片，它在同一个封装内集成了高速移动高清链路（MHL）或移动显示端口（MyDP）开关以及USB 2.0高速（480 Mbps）开关，还配备了一个单刀双掷（SPDT）USB/MHL或MyDP ID开关，方便进行信息控制。这种独特的设计使得系统设计师能够使用通用的USB或Micro - USB连接器来支持MHL/MyDP视频信号和USB数据传输，大大简化了设备的接口设计。

二、产品特性

（一）电气特性优越

1. 宽电压范围：$V{CC}$范围为2.7 V至4.3 V，并且可以由$V{BUS}$单独供电，无需$V_{CC}$，这为电源设计提供了极大的灵活性。例如，在一些移动设备中，可以根据实际的电源情况选择合适的供电方式，以优化电池的使用效率。
2. 低导通电阻：MHL开关的典型导通电阻$R{ON}$为5.7 Ω，USB开关的典型导通电阻$R{ON}$为4.6 Ω，ID开关的典型导通电阻$R_{ON}$为6.5 Ω。低导通电阻可以减少信号传输过程中的功率损耗，提高信号的传输质量。
3. 低泄漏电流：在不同的工作模式下，如开关关闭（$I{OZ}$）、电源关闭（$I{OFF}$）和开关打开（$I_{ON}$）时，泄漏电流都非常小，通常在±10 μA以内，这有助于降低芯片的功耗，提高设备的续航能力。

（二）高速性能出色

1. 高带宽：MHL、USB和ID路径的 - 3 dB带宽分别达到5.5 GHz、5.5 GHz和4 GHz，能够满足高速数据和视频信号的传输需求。例如，在传输高清视频信号时，高带宽可以保证信号的完整性和流畅性，避免出现卡顿和失真现象。
2. 快速切换：开关的导通时间$t{ON}$和关断时间$t{OFF}$最大为400 ns，传播延迟$t_{pd}$最小为0.1 ns，能够实现快速的信号切换，减少信号切换过程中的干扰和延迟。

（三）保护与兼容性良好

1. 过压保护：所有I/O引脚具有过压耐受（OVT）功能，能够承受高达5.5 V的过压情况，无需外部组件，增强了芯片的可靠性和稳定性。在实际应用中，当出现电压波动或外部干扰时，过压保护功能可以有效保护芯片不受损坏。
2. 断电保护：当电源关闭（$V{CC}$和$V{BUS}=0 V$）时，$OFF$保护功能可以防止电流泄漏，将所有I/O引脚置于高阻抗模式，实现信号线路的完全隔离，避免信号干扰和能量损耗。
3. 控制输入兼容性：控制输入引脚（SEL1、SEL2和PSEL）与1.8 - V控制电压兼容，可以直接与移动处理器的通用输入输出（GPIO）接口连接，方便进行控制和配置。

（四）封装小巧

采用16 - 引脚UQFN封装（2.6 × 1.8 mm，0.4 - mm间距），体积小巧，非常适合用于空间有限的移动设备中，如智能手机、平板电脑等。

三、应用领域

（一）USB 2.0应用

在各种支持USB 2.0接口的设备中，TS3USB3200可以实现高速数据的切换和传输，如电脑外设（鼠标、键盘、U盘等）、移动存储设备等。其高速性能和低功耗特性可以保证数据传输的快速和稳定。

（二）MHL应用

对于支持移动高清链路（MHL）的设备，如智能手机、平板电脑等，可以通过TS3USB3200将设备中的高清视频信号输出到外部显示设备（如电视、显示器等）上，实现高清视频的播放和共享。

（三）MyDP应用

在移动显示端口（MyDP）应用中，TS3USB3200可以实现视频信号的切换和传输，为移动设备提供了一种新的高清视频输出解决方案。

四、设计要点

（一）电源设计

1. 电源应遵循USB 1.0、1.1和2.0标准，通过$V_{CC}$引脚供电。
2. 建议在$V{CC}$引脚附近放置旁路电容器，以平滑低频噪声，提供更好的负载调节能力。例如，可以选择合适容量的陶瓷电容器，将其尽可能靠近$V{CC}$引脚放置。

（二）布局设计

1. 电容放置：将电源旁路电容器尽可能靠近$V_{CC}$引脚放置，避免靠近D + /D - 走线，以减少对高速信号的干扰。
2. 走线匹配：高速D + /D - 走线必须匹配，长度不超过4英寸，以保证信号的完整性和眼图性能。同时，走线的阻抗应与电缆的特性差分阻抗匹配，以实现最佳性能。
3. 减少反射：在布线时，应尽量减少过孔和拐角的使用，避免信号反射和阻抗变化。当必须使用过孔时，应增加其周围的间隙尺寸，以减小电容。
4. 避免干扰源：不要将USB走线布置在晶体、振荡器、时钟信号发生器、开关稳压器、安装孔、磁性设备或使用时钟信号的IC附近，以避免干扰。
5. 多层板设计：由于USB信号频率较高，建议使用至少四层的印刷电路板，其中两层为信号层，中间由接地层和电源层隔开。

五、总结

TS3USB3200以其卓越的性能、丰富的功能和小巧的封装，成为了电子工程师在设计USB和视频信号切换电路时的理想选择。无论是在移动设备、电脑外设还是其他需要高速信号切换的应用中，TS3USB3200都能够发挥出其独特的优势。但在实际应用中，我们也需要根据其特性和要求，合理进行电源和布局设计，以确保芯片能够稳定、高效地工作。大家在使用TS3USB3200的过程中遇到过哪些问题呢？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享交流。