EZ - PD™ CCG2：USB Type - C端口控制器的全面解析

在当今的电子设备中，USB Type - C接口因其强大的功能和广泛的应用而备受关注。EZ - PD™ CCG2作为一款符合最新USB Type - C和PD标准的控制器，为众多应用场景提供了完整的解决方案。下面，我们就来详细了解一下这款控制器。

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一、产品概述

EZ - PD™ CCG2是赛普拉斯（现英飞凌旗下）推出的USB Type - C控制器，它采用了赛普拉斯专有的M0S8技术，搭载32位、48 - MHz的Arm® Cortex® - M0处理器，拥有32 - KB的闪存。该控制器能够为无源电缆、有源电缆和带电附件提供完整的USB Type - C和USB Power Delivery端口控制解决方案，适用于多种上游和下游端口应用。

（一）应用场景

1. USB Type - C EMCA电缆：为电子标记电缆提供控制和管理功能。
2. USB Type - C带电附件：确保附件与USB Type - C端口的正常通信和电力传输。
3. USB Type - C上游端口：用于平板电脑、笔记本电脑等设备的电源接收。
4. USB Type - C下游端口：如电源适配器等设备，为其他设备提供电力。

（二）产品特性

1. 32位MCU子系统
   • CPU：48 - MHz ARM Cortex - M0 CPU，大多使用16位指令，执行Thumb - 2指令集的子集，具备硬件乘法器，有32个中断输入的嵌套向量中断控制器（NVIC）和唤醒中断控制器（WIC），还提供非屏蔽中断（NMI）输入。
   • Flash：带有闪存加速器，在48 MHz时实现1等待状态（WS）访问时间，24 MHz时为0 - WS访问时间，部分闪存模块可模拟EEPROM操作。
   • SROM：包含引导和配置程序的监控ROM。
2. 集成数字模块
   • 定时器和计数器：满足USB - PD协议所需的响应时间。
   • 可重配置串行通信块（SCB）：可配置为I²C、SPI或UART功能。
3. 时钟和振荡器：集成振荡器，无需外部时钟。
4. Type - C支持
   • 集成收发器：实现BMC和4b/5b编码解码功能以及1.2 - V前端。
   • 集成终端电阻：通过(R{A})、(R{D})和(R_{P})来识别不同角色。
   • 单端口支持：支持一个USB Type - C端口。
5. 低功耗运行
   • 宽电压范围：2.7 - V至5.5 - V运行。
   • 独立VCONN轨：两个独立的VCONN轨，内部隔离。
   • 低功耗模式：复位时1.0 µA，深度睡眠时2.5 µA，睡眠时2.0 mA。
6. 系统级ESD保护：CC和VCONN引脚具有± 8 - kV接触放电和±15 - kV空气间隙放电保护（基于IEC61000 - 4 - 2 4C级）。
7. 多种封装形式：提供1.63 mm × 2.03 mm的20 - 球晶圆级CSP（WLCSP）、2.5 mm × 3.5 mm × 0.6 mm的14 - 引脚DFN和4.0 mm × 4.0 mm的24 - 引脚QFN封装，支持工业（40 °C至 + 85 °C）和扩展工业（40 °C至 + 105 °C）温度范围。

二、功能模块详解

（一）CPU和内存子系统

1. CPU：Cortex - M0 CPU为低功耗操作进行了优化，具有广泛的时钟门控。其支持的指令集使得代码能够向上兼容到更高性能的处理器，如Cortex - M3和M4。硬件乘法器可在一个周期内提供32位结果，NVIC和WIC增强了系统的中断处理能力，SWD接口方便调试。
2. Flash：闪存模块的设计提高了平均访问时间，闪存加速器平均能达到85%的单周期SRAM访问性能，部分可模拟EEPROM操作，为数据存储提供了更多灵活性。
3. SROM：包含的引导和配置程序确保了设备的正常启动和配置。

（二）USB - PD子系统

该子系统由USB Type - C基带收发器和物理层逻辑组成，实现了BMC和4b/5b编码解码功能，集成的终端电阻用于识别设备角色。还包含一个8位SAR ADC用于模数转换，通过内部的DAC和比较器实现对模拟信号的处理。

（三）系统资源

1. 电源系统：EZ - PD CCG2可从三个不同电源源（2.7 - 5.5 V）获取电源，有睡眠和深度睡眠低功耗模式。电源系统确保电压水平符合各模式要求，必要时延迟模式进入或生成复位和中断信号。
2. 时钟系统：由内部主振荡器（IMO）和内部低功耗振荡器（ILO）组成，为系统提供稳定的时钟信号。

（四）外设

1. 串行通信块（SCB）：有两个SCB，可配置为I²C、SPI或UART接口。I²C块支持多主和从接口，具有灵活的缓冲选项，可减少CPU的中断开销和延迟。不过，SCB 1的I²C端口在某些方面不完全符合I²C规范，使用时需注意。
2. 定时器/计数器/PWM块（TCPWM）：有六个TCPWM块，可实现16位定时器、计数器、脉冲宽度调制器（PWM）和正交解码器功能，用于测量信号周期、计数事件、生成PWM信号和解码正交信号。
3. GPIO：最多有10个GPIO，除了I²C和SWD引脚也可作为GPIO使用。GPIO具有多种驱动强度模式、输入阈值选择、输入输出缓冲控制、保持模式和可选的压摆率控制，在电源开启和复位时，I/O引脚会被强制为禁用状态。

三、编程与引导加载

（一）编程方式

1. 通过SWD接口编程：在开发或产品制造过程中，可使用赛普拉斯提供的MiniProg3和MiniProg4编程套件，通过下载十六进制文件来编程闪存。
2. 应用固件更新
   • I²C接口：适用于CYPD2104、CYPD2119等部分型号，通过I²C接口与板载应用处理器、嵌入式控制器或广告牌设备通信进行固件更新。
   • CC接口：对于DFP应用，可使用CY4532 CCG3PA EVK通过CC线发送编程和配置数据；对于电缆应用，可参考EZ - PD配置实用程序用户手册进行操作。

四、应用示例

（一）EMCA应用

有单CCG2设备和双CCG2设备两种应用方式，单CCG2设备应用需单根VCONN线贯穿电缆，双CCG2设备应用中VCONN信号仅连接到两端的CCG2设备，且同一时刻只有一个CCG2设备供电。

（二）上游端口应用

如平板电脑的UFP应用，Type - C接口的高速和超高速线路直接连接到应用处理器，VBUS线连接到充电器电路，应用处理器通过I²C信号与CCG2设备通信。

（三）下游端口应用

如电源适配器的DFP应用，CCG2集成所有终端电阻，使用GPIO指示协商的电源配置文件，通过内部ADC监测VBUS电压，提供放电路径确保电源适配器电缆断开时VBUS快速放电。

（四）C - HDMI和C - DisplayPort转接器应用

虽然CCG2不推荐用于新的Type - C到视频转接器设计，但对于旧有设计，可实现PC与传统显示器的连接，支持高达4K超高清分辨率和USB广告牌设备类。

（五）坞站/显示器应用

可实现USB Type - C主机系统与多个显示/数据设备的连接，提供电源、数据和显示功能，支持固件升级。

五、电气规格

（一）绝对最大额定值

给出了数字电源、VCONN电源、GPIO电压、ESD等参数的绝对最大额定值，使用时需注意避免超过这些值，以免造成设备永久损坏。

（二）设备级规格

包括直流规格、交流规格、I/O规格等，规定了电源电压、电流、频率、响应时间等参数，确保设备在正常工作条件下的性能。

六、订购信息

提供了不同型号的EZ - PD CCG2的应用、Type - C端口数量、终端电阻、角色、默认固件和封装等信息，方便用户根据需求选择合适的产品。

总之，EZ - PD™ CCG2是一款功能强大、应用广泛的USB Type - C端口控制器。作为电子工程师，在设计相关产品时，我们需要充分了解其特性、功能和应用场景，合理利用其资源，以实现最佳的设计效果。大家在使用过程中有没有遇到什么有趣的问题或者独特的应用案例呢？欢迎在评论区分享交流。