深入解析TUSB1105和TUSB1106：USB收发器的理想之选

引言

在当今数字化时代，USB接口已经成为电子设备中不可或缺的一部分。TUSB1105和TUSB1106作为先进的通用串行总线收发器，为电子工程师在设计USB相关设备时提供了强大的支持。本文将深入探讨这两款收发器的特点、功能、应用场景以及相关的技术细节，希望能为广大电子工程师在实际设计中提供有价值的参考。

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产品概述

TUSB1105和TUSB1106是德州仪器（TI）推出的通用串行总线（USB）收发器，它们完全符合USB规范Rev. 2.0。这两款设备能够以全速（12 Mbit/s）和低速（1.5 Mbit/s）两种数据速率进行串行数据的收发，既可以作为USB设备收发器，也可以作为USB主机收发器使用。

产品特点

1. 兼容性强：与通用串行总线规范Rev. 2.0兼容，确保了与各种USB设备的良好兼容性。
2. 双速传输：支持全速（12 Mbit/s）和低速（1.5 Mbit/s）数据传输，满足不同应用场景的需求。
3. 集成电压调节器：内置可旁路的5 - V至3.3 - V电压调节器，可通过USB $V_{BUS}$ 供电，为设备提供稳定的电源。
4. 多种工作模式：支持单端和差分输入模式（TUSB1105），或仅支持差分输入模式（TUSB1106），增加了设计的灵活性。
5. 稳定的接收输出：在SE0条件下，RCV输出稳定，保证了数据接收的可靠性。
6. 低功耗设计：非常适合便携式设备，延长了设备的电池续航时间。
7. 宽I/O电压范围：支持1.65 V至3.6 V的I/O电压范围，可与不同电压的外部电路兼容。
8. 高ESD防护：符合IEC - 61000 - 4 - 2 ESD标准，具有±9 - kV接触放电模型（D +, D –, VCC(5.0)）和±15 - kV人体模型（D +, D –, VCC(5.0)）的防护能力，提高了设备的可靠性。

应用场景

TUSB1105和TUSB1106广泛应用于各种电子设备中，如移动电话、个人数字助理（PDA）、信息家电（IA）和数码相机（DSC）等。这些设备通常对功耗、尺寸和兼容性有较高的要求，而这两款收发器正好满足了这些需求。

功能详细解析

引脚功能

TUSB1105和TUSB1106的引脚功能丰富多样，不同的引脚在设备的工作中发挥着不同的作用。以下是一些主要引脚的功能介绍：

• OE（输出使能）：CMOS电平，低电平有效，用于使能收发器在USB总线上传输数据。
• RCV（差分数据接收器）：CMOS电平，当输入SUSPND为高电平时，输出为低电平；在SE0条件下，输出状态保持稳定。
• VP和VM（单端接收器）：用于外部检测单端零（SE0）、错误条件和连接设备的速度。当没有电源电压连接到Vcc(5.0)和Vreg(3.3)时，输出为高电平。
• SUSPND（暂停）：CMOS电平，高电平使能设备在USB总线空闲时进入低功耗状态，并将RCV输出拉低。
• MODE（模式选择）：仅TUSB1105有此引脚，CMOS电平，高电平使能差分输入模式，低电平使能单端输入模式。
• SPEED（速度选择）：CMOS电平，低电平选择低速（1.5 Mbit/s），高电平选择全速（12 Mbit/s）。
• D - 和D +（USB数据总线连接）：分别为负和正的USB数据总线连接，用于差分数据传输。在不同速度模式下，需要通过1.5 - kΩ电阻连接到Vpu(3.3)。

功能选择

通过控制SUSPND和OE引脚的电平，可以实现不同的功能模式，具体如下表所示：	SUSPND	OE	D +, D -	RCV	VP, VM	功能
L	L	驱动和接收	激活	激活	正常驱动（差分接收器激活）
L	H	接收	激活	激活	接收
H	L	驱动	非激活	激活	暂停期间驱动（差分接收器非激活）
H	H	高阻态	非激活	激活	低功耗状态

驱动和接收功能

TUSB1105和TUSB1106在不同的输入数据接口和引脚状态下，具有不同的驱动和接收功能。以下是一些具体的功能表：

• TUSB1105单端输入数据接口（Pin MODE = L）驱动功能（Pin $overline{OE}$ = L）	FSEO	VO	DATA	DATA STATE
  低速	全速
  L	L	差分逻辑0	J	K
  L	H	差分逻辑1	K	J
  H	L	SE0	X	X
  H	H	SE0	X	X

• TUSB1105（Pin MODE = H）和TUSB1106差分输入数据接口驱动功能（Pin $overline{OE}$ = L）	VMO	VPO	DATA	DATA STATE
  低速	全速
  L	L	SE0	X	X
  H	L	差分逻辑0	J	K
  L	H	差分逻辑1	K	J
  H	H	非法状态	X	X

• 接收功能（Pin $overline{OE}$ = H）	D +, D -	RCV	Vp	VM	DATA STATE
  低速	全速
  差分逻辑0	L	L	H	J	K
  差分逻辑1	H	H	L	K	J
  SE0	RCV*	L	L	X	X

电源供应配置

TUSB1105和TUSB1106可以采用不同的电源供应配置，并且可以动态更改。主要有以下三种模式：

• 正常模式：$V{CC(1 / O)}$ 和 $V{CC(5.0)}$ 或（$V{CC(5.0)}$ 和 $V{reg(3.3)}$）都连接。对于5 - V操作，$V{CC(5.0)}$ 连接到4 V至5.5 V的电源，内部电压调节器产生3.3 V的USB连接电源；对于3.3 - V操作，$V{CC(5.0)}$ 和 $V{reg(3.3)}$ 都连接到3 V至3.6 V的电源。$V{CC(UO)}$ 独立连接到1.65 V至3.6 V的电压源，具体取决于外部电路的电源电压。
• 禁用模式：$V{CC(10)}$ 未连接，$V{CC(5.0)}$ 或（$V{CC(5.0)}$ 和 $V{reg(3.3)}$）连接。在这种模式下，TUSB1105和TUSB1106的内部电路使D + 和D – 引脚处于高阻态，功耗降至低功耗（暂停）状态水平。
• 共享模式：$V{CC(1 / O)}$ 连接，（$V{CC(5.0)}$ 和 $V{reg(3.3)}$）未连接。在这种模式下，D + 和D – 引脚处于高阻态，允许外部高达3.6 V的信号共享D + 和D – 线路。TUSB1105和TUSB1106的内部电路确保通过D + 和D – 线路的电流几乎为零（最大10 mA），功耗通过 $V{CC(1 / O)}$ 降至低功耗（暂停）状态水平。同时，VP和VM引脚输出高电平，RCV引脚输出低电平。

电源供应输入选项

TUSB1105和TUSB1106有两种电源供应输入选项：

• 内部调节器：$V{CC(5.0)}$ 作为内部调节器的电源输入（4 V至5.5 V），$V{reg(3.3)}$ 作为电压参考输出（3.3 V，300 μA），$V_{CC(1 / O)}$ 为数字I/O引脚的电源输入（1.65 V至3.6 V）。
• 调节器旁路：$V{CC(5.0)}$ 和 $V{reg(3.3)}$ 连接在一起，最大电压降为0.3 V（2.7 V至3.6 V），$V{reg(3.3)}$ 作为电源输入（3 V至3.6 V），$V{CC(1 / O)}$ 同样为数字I/O引脚的电源输入（1.65 V至3.6 V）。

电气特性

静电放电（ESD）特性

TUSB1105和TUSB1106在静电放电防护方面表现出色。D +、D -、Vcc(5.0)和GND引脚在人体模型测试中可承受±15 kV的静电放电，在IEC - 61000 - 4 - 2接触放电测试中可承受±8 kV的静电放电；其他引脚在人体模型测试中可承受±7 kV的静电放电。

绝对最大额定值

在使用TUSB1105和TUSB1106时，需要注意其绝对最大额定值，以避免对设备造成永久性损坏。例如，$V{CC(5.0)}$ 的电源电压范围为 - 0.5 V至6 V，$V{CC(1 / O)}$ 和 $V_{CCreg(3.3)}$ 的电源电压范围为 - 0.5 V至4.6 V等。

推荐工作条件

为了确保设备的正常工作和性能稳定，建议在推荐的工作条件下使用。例如，$V{CC(5.0)}$ 在内部调节器选项下的电压范围为4 V至5.5 V，在调节器旁路选项下的电压范围为3 V至3.6 V；$V{CC(1 / O)}$ 的电压范围为1.65 V至3.6 V等。

静态和动态电气特性

文档中详细列出了TUSB1105和TUSB1106在不同条件下的静态和动态电气特性，如电源引脚的电流、电压，数字引脚的输入输出电压和电流，模拟I/O引脚的电容、阻抗、上升时间、下降时间等。这些特性数据对于工程师在设计电路时进行参数选择和性能评估非常重要。

应用信息

负载连接

在实际应用中，需要根据不同的功能和模式，正确连接负载。例如，对于Enable和Disable Times的负载，在不同的条件下，$V$ 的取值不同；对于VM、VP和RCV的负载，以及D + 和D - 的负载，也有相应的连接要求。

不同工作模式

• 外设端（全速）调节器旁路模式：当板上已经有3.3 - V电源时，可以采用此模式。USB连接器的 $V{BUS}$ 引脚如果未使用，应通过0.1 - μF电容接地。在全速工作时，需要将1.5 - kΩ电阻连接在D + 线和 $V{PU(3.3)}$ 或外部3.3 - V电源之间。当 $V{CC(5.0)}$ 和 $V{reg(3.3)}$ 连接在一起时，设备进入调节器旁路模式，可节省功耗。
• 外设端（低速）调节器旁路模式：与全速模式类似，只是在低速工作时，需要将1.5 - kΩ电阻连接在D - 线和 $V_{PU(3.3)}$ 或外部3.3 - V电源之间。
• 外设端（全速）内部调节器模式：如果板上没有3.3 - V电源，可以通过USB的 $V{BUS}$ 线为TUSB1105/1106的USB侧供电。$V{CC(5.0)}$ 连接到 $V{BUS}$，接收主机的5 - V电源，并在 $V{reg(3.3)}$ 引脚产生3.3 - V输出。在这种模式下，$V{CC(5.0)}$ 和 $V{reg(3.3)}$ 引脚需要分别连接0.1 - μF的旁路电容。通过 $V{BUS}$ 端口为 $V{CC(5.0)}$ 供电，对于便携式应用（如手机、PDA等）可以实现显著的功耗节省。在全速工作时，同样需要将1.5 - kΩ电阻连接在D + 线和 $V_{PU(3.3)}$ 或外部3.3 - V电源之间。
• 外设端（低速）内部调节器模式：与全速内部调节器模式类似，只是在低速工作时，将1.5 - kΩ电阻连接在D - 线和 $V_{PU(3.3)}$ 或外部3.3 - V电源之间。
• 主机侧（$V{CC(5.0)}$ 由 $V{BUS}$ 引脚供电）：如果板上没有3.3 - V电源，可以使用外部5 - V电源为USB侧供电。当 $V_{CC(5.0)}$ 连接到外部5 - V电源时，片上调节器产生3.3 - V的内部电源轨，用于驱动TUSB1105/1106 USB侧的USB信号电平。逻辑侧的I/O可以在1.65 V至3.6 V的任何电压范围内工作。
• 主机侧（3.3 - V电源存在）内部调节器旁路模式：如果有3.3 - V电源支持USB侧的功率需求，需要将 $V{CC(5.0)}$ 和 $V{reg(3.3)}$ 连接在一起，并连接到3.3 - V电源，此时调节器处于非激活状态。

封装信息

TUSB1105和TUSB1106提供了多种封装形式，如QFN（RGT、RTZ、RSV）和TSSOP（PW）等。不同的封装在引脚数量、尺寸、散热性能等方面可能有所不同，工程师可以根据实际应用需求选择合适的封装。同时，文档中还提供了详细的封装材料信息、机械数据、引脚方向和尺寸等，以及各种封装的示例电路板布局、焊膏模板设计和注意事项等内容，为工程师在进行PCB设计时提供了全面的参考。

总结

TUSB1105和TUSB1106作为先进的USB收发器，具有兼容性强、双速传输、低功耗、高ESD防护等众多优点，适用于各种USB相关的电子设备。通过深入了解它们的功能特点、电气特性、应用场景和封装信息，电子工程师可以更好地利用这两款收发器进行电路设计，提高产品的性能和可靠性。在实际设计过程中，还需要根据具体的应用需求和设计要求，合理选择引脚配置、电源供应模式和封装形式，同时注意遵循推荐的工作条件和设计规范，以确保设计的成功。希望本文能够对广大电子工程师在TUSB1105和TUSB1106的应用设计中有所帮助。

你在使用TUSB1105和TUSB1106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。