SGM7220：USB Type - C配置通道逻辑与端口控制芯片详解

在当今电子设备飞速发展的时代，USB Type - C接口凭借其可逆插拔、高速数据传输和大功率供电等优势，成为了各类设备的主流接口。SGM7220作为一款专注于USB Type - C配置通道逻辑和端口控制的芯片，为USB Type - C接口的稳定运行提供了强大支持。今天，我们就来深入了解一下SGM7220芯片。

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一、SGM7220概述

SGM7220是SGMICRO推出的一款用于USB Type - C端口的芯片，它具备配置通道（CC）逻辑，能够通过CC引脚实现端口连接与断开检测、电缆方向判断、角色检测以及端口控制等功能。该芯片可配置为下游端口（DFP）、上游端口（UFP）或双角色端口（DRP），适用于多种应用场景。

特性亮点

1. 宽电源电压范围：支持2.7V至5V的电源电压，能适应不同的电源环境。
2. 符合USB Type - C规范：支持USB Type - C Specification 1.1，同时向后兼容1.0版本，确保了与多种设备的兼容性。
3. 低功耗设计：具有低电流消耗特性，有助于延长设备的续航时间。
4. 多种模式配置：支持DFP、UFP、DRP等多种模式，还具备Try.SNK模式，满足不同应用需求。
5. 丰富的检测功能：包括端口连接检测、电缆方向检测、角色检测、Type - C电流模式检测以及(V_{BUS})检测等。
6. 灵活的控制方式：支持I2C或GPIO控制，方便工程师根据实际需求进行选择。
7. 宽工作温度范围：可在 - 40℃至 + 125℃的工业和商业温度范围内正常工作。
8. 环保封装：采用Green UTQFN - 1.6×1.6 - 12L封装，符合环保要求。

应用领域

SGM7220适用于多种设备，如手机、平板电脑、笔记本电脑以及各类USB外设等，可应用于主机、设备和双角色端口等场景。

二、引脚配置与功能

引脚配置

SGM7220采用UTQFN - 1.6×1.6 - 12L封装，各引脚功能如下：	引脚名称	类型	功能
CC1	I/O	Type - C配置通道信号1
CC2	I/O	Type - C配置通道信号2
PORT	I	三电平输入引脚，用于指示端口模式
VBUS_DET	I	5V至28V的(V_{BUS})输入电压，用于UFP连接检测
ADDR	I	三电平输入引脚，用于指示I2C地址或GPIO模式
INT_N/OUT3	O	双功能引脚，可用于I2C控制模式下的中断信号或GPIO模式下的音频附件检测
SDA/OUT1	I/O	双功能引脚，I2C模式下为通信数据信号，GPIO模式下用于Type - C电流模式检测
SCL/OUT2	I/O	双功能引脚，I2C模式下为通信时钟信号，GPIO模式下用于Type - C电流模式检测
ID	O	开漏输出，用于指示设备连接状态
GND	G	接地
EN	I	使能信号，低电平有效
VDD	P	正电源电压

引脚功能详解

1. PORT引脚：通过设置该引脚的电平状态（高、低或浮空），可以将SGM7220配置为DFP、UFP或DRP模式。
2. ADDR引脚：决定芯片的控制模式，浮空时为GPIO模式，拉高或拉低时为I2C模式。
3. INT_N/OUT3引脚：在I2C控制模式下作为中断信号输出，在GPIO模式下用于音频附件检测。
4. SDA/OUT1和SCL/OUT2引脚：在I2C模式下分别作为数据和时钟信号，在GPIO模式下用于Type - C电流模式检测。

三、电气特性

电源相关特性

SGM7220的电源电压范围为2.7V至5V，不同模式下的电流消耗有所不同。例如，在未连接且等待连接的UFP模式下，未连接模式电流消耗为70 - 85μA；在激活的UFP模式下，电流消耗为70 - 90μA；而在SGM7220未使能时，泄漏电流仅为0.04 - 0.5μA。

控制引脚特性

控制引脚（如PORT、ADDR、INTN/OUT3、EN、ID）具有特定的输入输出电压和电流要求。例如，低电平控制信号输入电压（PORT、ADDR、EN）为0.4V，高电平控制信号输入电压为(V{DD}) - 0.3V。

I2C相关特性

I2C通信时，SDA/OUT1和SCL/OUT2引脚可在1.65V至3.6V的电源范围内工作，支持400kHz的I2C总线。同时，对I2C信号的时序也有严格要求，如数据建立时间、保持时间等。

四、功能特性

端口角色配置

SGM7220可通过PORT引脚灵活配置为DFP、UFP或DRP模式。

1. DFP模式（下游端口 - 源）：将PORT引脚拉高可配置为DFP模式。在该模式下，芯片会在CC引脚上持续提供上拉电阻(R_{P})，初始时会宣传默认的USB Type - C电流，可通过I2C调整电流宣传值。
2. UFP模式（上游端口 - 汇）：将PORT引脚拉低可配置为UFP模式。此时，芯片会在CC引脚上持续提供下拉电阻(R_{D})，通过监测CC引脚电压来确定连接的DFP所宣传的电流模式。
3. DRP模式（双角色端口）：将PORT引脚浮空可配置为DRP模式。在该模式下，芯片会在DFP和UFP模式之间切换，分别遵循相应模式的操作规范。

Type - C电流模式

当检测到有效电缆连接后，DFP可以宣传不同的Type - C电流水平。SGM7220默认宣传的电流为USB2.0的500mA（MAX）或USB3.1的900mA（MAX），可通过I2C寄存器设置为1.5A（中电流）或3A（高电流）。

附件支持

SGM7220支持音频和调试附件，可通过I2C寄存器读取相关信息。在GPIO模式下，可通过INT_N/OUT3引脚检测音频附件连接。

1. 音频附件：支持被动音频适配器和充电音频适配器。被动音频适配器可将Type - C接口转换为音频端口，充电音频适配器在提供音频功能的同时还能提供500mA的充电电流。
2. 调试附件：USB Type - C支持调试状态，但SGM7220在DRP或UFP模式下不支持充电调试附件。

I2C和GPIO控制

通过ADDR引脚可将SGM7220配置为I2C通信模式或GPIO输出模式。在I2C模式下，使用SCL和SDA进行时钟和数据通信；在GPIO模式下，OUT1和OUT2引脚用于输出Type - C电流模式，OUT3引脚用于音频附件检测。

(V_{BUS})检测

SGM7220支持(V{BUS})检测，可用于确定UFP的连接或断开，以及进入或退出附件模式。在DRP或UFP模式下，系统(V{BUS})电压需通过866kΩ电阻连接到VBUS_DET引脚；在DFP模式下，该引脚可悬空。

五、功能模式

未连接模式

这是SGM7220的主要工作模式，此时(V_{DD})可用，所有IO和I2C都可正常工作。芯片上电后进入该模式，会检查PORT引脚并根据配置模式进行操作。在该模式下，可通过I2C更改模式配置或端口角色。

激活模式

当端口连接成功后进入激活模式，此时所有GPIO和I2C都可正常读写。芯片会通过相应引脚向AP通知USB端口已连接。在特定条件下（如拔下电缆、移除(V_{BUS})、电池没电、EN引脚浮空或拉高），芯片会退出激活模式。

死电池模式

当(V{DD})不可用时进入死电池模式，CC引脚默认连接下拉电阻(R{D})。在此模式下，需注意非故障安全引脚的处理，避免反向驱动芯片。

关机模式

当电源电压可用且EN引脚拉高时，SGM7220进入关机模式，此时芯片处于低功耗状态，但仍保持CC引脚上的(R_{D})。

六、编程与寄存器

I2C控制

SGM7220可通过I2C进行控制，上电后(t_{I2C_EN})时间后，其本地I2C接口可用于读写操作。通过ADDR引脚设置I2C地址，有0x47和0x67两种选择。

寄存器映射

SGM7220的寄存器包含多种功能，如设备ID、电流模式宣传、检测、附件连接、中断状态等。通过对这些寄存器的读写操作，可以实现对芯片功能的控制和状态监测。

七、应用信息

不同模式下的设计示例

SGM7220在不同模式（DRP、DFP、UFP）下的设计有各自的要求和特点。

1. DRP模式（I2C模式）：需将PORT引脚悬空，ADDR引脚拉低或拉高以设置I2C地址，同时要注意(V{DD})的范围、电容的选择、引脚的上拉电阻设置以及(V{BUS})检测等。
2. DFP模式（I2C模式）：将PORT引脚拉高，其他设置与DRP模式类似，但在电容选择上，DFP模式要求至少120μF的大容量电容。
3. UFP模式（I2C模式）：将PORT引脚拉低，电容选择范围为1μF至10μF。

初始化设置

SGM7220的一般上电顺序为：系统断电（芯片无(V{DD})） -> (V{DD})上升 -> I2C电源上升 -> 进入未连接模式并确定PORT引脚电压以确定工作模式 -> 监测CC引脚和(V_{BUS}) -> 检测到连接后进入激活模式。

电源供应建议

SGM7220的电源供应范围为2.7V至5V，可使用系统电源（如电池）供电。

八、总结

SGM7220作为一款功能强大的USB Type - C配置通道逻辑和端口控制芯片，具有丰富的功能和灵活的配置选项。其宽电源范围、低功耗、多种模式支持以及对各类附件的支持，使其在USB Type - C接口应用中具有广泛的应用前景。电子工程师在设计相关产品时，可以充分利用SGM7220的特性，实现稳定、高效的USB Type - C接口设计。你在使用SGM7220芯片的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。