TUSB320：USB Type - C配置通道逻辑与端口控制解决方案

在现今的电子设备设计中，USB Type - C接口因其可逆性、高功率传输和高速数据传输等优点，被广泛应用于各类设备。TUSB320作为一款针对USB Type - C接口的配置通道逻辑和端口控制器，为设备设计带来了诸多便利。下面我们就来深入了解一下这款器件。

文件下载：TUSB320IRWBR.pdf

一、TUSB320概述

TUSB320支持USB Type - C规范1.1，并且与USB Type - C规范1.0向后兼容。它能够支持高达3A的电流通告和检测，可配置为下游端口（DFP）、上游端口（UFP）或双角色端口（DRP），适用于主机、设备、双角色端口等多种应用场景，如手机、平板电脑、笔记本和USB外设等。

二、主要特性

2.1 兼容性与电流支持

• 规范兼容：兼容USB Type - C规范1.1，向后兼容1.0，确保了与市场上多种设备的互操作性。
• 电流通告与检测：支持高达3A的电流通告和检测，满足不同设备的供电需求。

2.2 端口与模式配置

• 端口模式：可通过PORT引脚配置为DFP、UFP或DRP模式，具有很强的灵活性。
  • DFP模式：通过将PORT引脚拉高至$V_{DD}$，设备初始通告默认USB Type - C电流，可通过I²C调整电流。但不能与USB Type - C 1.0的DRP设备兼容。
  • UFP模式：将PORT引脚拉低至GND，设备持续在CC引脚呈现下拉电阻，监测CC引脚电压以检测DFP的电流通告。
  • DRP模式：PORT引脚不连接，设备在DFP和UFP模式之间切换。
• 类型C电流模式：默认电流通告为500mA（USB 2.0）或900mA（USB 3.1），可通过I²C寄存器提供1.5A的中等电流或3A的高电流。

2.3 附件支持

• 音频附件：支持被动音频适配器和充电音频适配器，通过检测CC引脚电阻或使用INT_N/OUT3引脚来检测音频附件。
• 调试附件：支持调试附件，但在DRP或UFP模式下不支持充电调试附件。

2.4 控制方式

• I²C和GPIO控制：通过ADDR引脚可配置为I²C通信或GPIO输出模式，满足不同的控制需求。

2.5 电压检测

• VBUS检测：用于确定UFP的连接和断开、进入和退出附件模式，以及解决DRP模式下的角色问题。

三、详细规格

3.1 绝对最大额定值

• 供电电压：$V_{DD}$范围为 - 0.3V至6V。
• 控制引脚：PORT、ADDR等引脚电压范围为 - 0.3V至$V_{DD}$ + 0.3V。
• 存储温度： - 65℃至150℃。
• 结温： - 40℃至105℃。

3.2 ESD评级

• 人体模型（HBM）：±7000V。
• 带电设备模型（CDM）：±1500V。

3.3 推荐工作条件

• 供电电压范围：$V_{DD}$为2.7V至5V。
• 系统VBus电压：4V至28V。
• 工作温度范围：TUSB320I为 - 40℃至85℃，TUSB320为0℃至70℃。

3.4 电气特性

• 功耗：不同模式下的电流消耗在100μA左右，待机时泄漏电流为1.7μA。
• CC引脚电阻：死电池模式下拉电阻为4.1kΩ至6.1kΩ，UFP或DRP模式下拉电阻为4.6kΩ至5.6kΩ。
• 控制引脚电压：不同电平的输入电压和电流有明确的范围。

3.5 时序要求

I²C通信的各种时序参数，如数据建立时间、保持时间、时钟频率等都有详细规定。

3.6 开关特性

包括CC1和CC2引脚的去抖时间、DRP模式的占空比等参数。

四、功能模式

4.1 未连接模式

这是设备的主要工作模式，$V_{DD}$可用，所有IO和I²C可操作。设备启动后进入此模式，可通过I²C更改模式配置。

4.2 活动模式

端口连接时进入此模式，所有GPIO可操作，I²C可读写。设备通过ID引脚或其他引脚通知连接状态，在特定条件下退出此模式。

4.3 死电池模式

$V_{DD}$不可用，CC引脚默认下拉电阻。退出此模式时，软件需执行特定序列。

4.4 关机模式

$V_{DD}$可用，但EN_N引脚拉高，设备处于低功耗状态。

五、应用与实现

5.1 应用信息

TUSB320可用于源应用（DFP）或汇应用（UFP），能检测设备连接、类型、电缆方向和电源能力。

5.2 典型应用

5.2.1 DRP模式I²C配置

• 设计要求：$V_{DD}$范围为2.75V至5V，使用I²C模式，ADDR引脚拉低，PORT引脚不连接，不支持关机。
• 详细设计步骤：连接$V_{DD}$和电容，配置ADDR引脚，上拉SDA和SCL引脚，连接VBUSDET引脚，根据模式调整$V{BUS}$电容。

5.2.2 DFP模式I²C配置

• 设计要求：$V_{DD}$为5V，使用I²C模式，ADDR引脚拉低，PORT引脚拉高，不支持关机。
• 详细设计步骤：与DRP模式类似，但需满足DFP模式下的$V_{BUS}$电容要求。

5.2.3 UFP模式I²C配置

• 设计要求：$V_{DD}$为5V，使用I²C模式，ADDR引脚拉低，PORT引脚拉低，不支持关机。
• 详细设计步骤：同样需满足UFP模式下的$V_{BUS}$电容要求。

5.3 初始化设置

设备的上电序列包括系统上电、$V_{DD}$斜坡上升、I²C供电上升、确定端口模式、监测连接等步骤。

六、电源供应与布局建议

6.1 电源供应

TUSB320的电源供应范围为2.7V至5V，可由电池系统供电。

6.2 布局准则

• 避免多余走线：连接多点时避免产生多余走线，控制走线长度。
• 电容放置：在$V_{DD}$引脚附近放置100nF电容。

七、设备与文档支持

7.1 文档更新通知

可在ti.com上订阅设备文档更新通知。

7.2 支持资源

TI E2E™支持论坛提供快速的设计帮助和技术解答。

7.3 商标说明

明确了相关商标的归属。

7.4 ESD注意事项

提醒工程师在处理集成电路时要注意静电放电问题。

八、总结

TUSB320是一款功能强大的USB Type - C配置通道逻辑和端口控制器，具有广泛的兼容性、灵活的模式配置和丰富的附件支持。在设计USB Type - C接口的设备时，TUSB320能够提供可靠的解决方案。但在实际应用中，工程师需要根据具体的设计要求，合理配置引脚和寄存器，注意电源供应和布局等问题，以确保设备的性能和稳定性。大家在使用TUSB320的过程中，有没有遇到过什么特别的问题呢？欢迎在评论区分享交流。