EZ - PD™ CCG3：高度集成的USB Type - C端口控制器解析

一、引言

在当今电子设备互联互通的时代，USB Type - C接口凭借其高速传输、大电流供电等优势，成为了电子设备的主流接口。而EZ - PD™ CCG3作为一款高度集成的USB Type - C控制器，在满足USB Type - C和PD标准方面表现出色，为各类设备提供了完整的端口控制解决方案。本文将深入剖析EZ - PD™ CCG3的各项特性、功能模块以及应用场景，为电子工程师在设计中提供参考。

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二、产品概述

2.1 基本信息

EZ - PD™ CCG3最初由Cypress开发，如今作为英飞凌（Infineon）产品组合的一部分继续为新老客户提供服务。它是一款高度集成的USB Type - C控制器，符合最新的USB Type - C和PD标准，可应用于笔记本电脑、扩展坞、显示器、 docking 站和电源适配器等设备。

2.2 技术亮点

CCG3采用了赛普拉斯（Cypress）专有的M0S8技术，搭载32位、48 MHz的ARM® Cortex® - M0处理器，配备128 KB闪存、8 KB SRAM、20个GPIO、全速USB设备控制器、用于认证的加密引擎、20V耐压稳压器以及一对用于切换5V（VCONN）电源的FET，还集成了两对栅极驱动器以控制外部VBUS FET和系统级ESD保护。其封装形式有40 - QFN、32 - QFN和42 - WLCSP三种。

三、功能模块详解

3.1 CPU和内存子系统

• CPU：Cortex - M0 CPU是32位MCU子系统的一部分，针对低功耗操作进行了优化，采用大量16位指令并执行Thumb - 2指令集的子集，便于代码向上迁移。还包含硬件乘法器、嵌套向量中断控制器（NVIC）和唤醒中断控制器（WIC），提供非屏蔽中断（NMI）输入。此外，具备串行线调试（SWD）接口，有四个断点（地址）比较器和两个观察点（数据）比较器。
• Flash：拥有两个64 KB闪存库的闪存模块和闪存加速器，与CPU紧密耦合，可提高闪存块的平均访问时间。在48 MHz时提供1等待状态（WS）访问时间，24 MHz时为0 - WS访问时间，闪存加速器平均可实现85%的单周期SRAM访问性能，部分闪存模块可模拟EEPROM操作。
• SROM：提供包含引导和配置例程的监控ROM。

3.2 加密模块

CCG3集成了用于硬件辅助认证固件映像的加密模块，支持在可信生态系统中进行固件现场升级，具备高级加密标准（AES）块密码、安全哈希算法（SHA - 1和SHA - 2）、循环冗余校验（CRC）和伪随机数生成等加密功能。

3.3 集成公告牌设备

集成了完整的全速USB 2.0设备控制器，可作为公告牌类设备运行，也支持其他设备类。

3.4 USB - PD子系统（USBPD SS）

包含与USB Type - C和电源传输相关的所有模块，如双相标记编码（BMC）PHY、VCONN电源FET、VCONN (R_{A}) 终端和泄放器、模拟交叉开关、可编程上拉和下拉终端、热插拔检测（HPD）处理器、VBUS_C稳压器、电源开关、过压/欠压检测器、电流感测放大器、栅极驱动器、VBUS_C放电开关、USB2.0全速（FS）PHY以及充电器检测/仿真等功能。还集成了两个8位逐次逼近寄存器（SAR）ADC用于模数转换。

3.5 全速USB子系统

包含一个全速USB设备控制器，如集成公告牌设备部分所述。

3.6 外设

• 串行通信块（SCB）：有四个SCB，可配置为实现 (I^{2}C)、SPI或UART接口。硬件 (I^{2}C) 块实现了完整的多主和从接口，支持多主仲裁。在SPI模式下，可配置为主或从。在 (I^{2}C) 模式下，最高速度可达1 Mbps（快速模式加），具有灵活的缓冲选项，支持8深FIFOs以减少CPU中断开销和延迟。
• 定时器/计数器/PWM块（TCPWM）：有四个TCPWM块，每个实现16位定时器、计数器、脉宽调制器（PWM）和正交解码器功能。
• GPIO：最多有20个GPIO，可配置用于GPIO、SCB、SBU和辅助信号，SWD引脚也可作为GPIO使用。SCB 0的 (I^{2}C) 引脚具有过压耐受性。GPIO块具有七种驱动强度模式、输入阈值选择、输入和输出缓冲启用/禁用的单独控制、保持模式和可选的压摆率控制等功能。

3.7 电源系统概述

CCG3可从VBUS（4.0 V - 21.5 V）或VSYS（2.7 V - 5.5 V）两个外部电源供电。VBUS电源通过低压差稳压器（LDO）调节至3.3 V，芯片内部的VDDD轨在VBUS稳压器输出和未调节的VSYS之间智能切换。除复位模式外，有活动、睡眠和深度睡眠三种电源模式，由电源系统管理。为GPIO提供单独的电源域VDDIO。

四、引脚定义

文档详细列出了42 - CSP、32 - QFN和40 - QFN三种封装的引脚描述，包括VBUS控制引脚、CC引脚、V5V引脚、GPIO引脚等，为工程师在设计电路板时提供了准确的引脚信息。

五、固件和软件工具

5.1 EZ - PD配置实用程序

这是赛普拉斯开发的基于GUI的Microsoft Windows应用程序，可引导用户完成CCGx芯片的配置和编程过程。用户可以选择和配置要修改的参数，并将配置结果编程到目标CCGx设备中。该实用程序支持CCG1、CCG2、CCG3和CCG4套件，当前版本支持EMCA和显示扩展坞应用的配置和固件更新操作。

5.2 CCG3编程和引导加载

• 通过SWD接口编程设备闪存：CCG3系列设备可使用SWD接口进行编程，赛普拉斯提供了MiniProg3编程套件。在开发或产品制造过程中，通常通过SWD接口对CCG3进行编程。
• 通过特定接口进行应用固件更新：根据CCG3设备预编程的默认固件，可通过 (I^{2}C)、CC、USB三种不同接口更新应用固件。不同型号的CCG3设备适用的更新接口不同，如CYPD3122、CYPD3125和CYPD3126适用于 (I^{2}C) 接口；CYPD3135适用于CC线；CYPD3120和CYPD3121适用于USB接口。

六、应用场景

6.1 电源适配器

CCG3作为DFP（电源提供者），支持最高20 V、100 W的功率配置文件。可驱动两种类型的FET，通过GPIO指示FET类型。集成所有终端电阻，可通过GPIOs或串行接口选择功率配置文件，监控VBUS电压，提供放电路径和过流保护。

6.2 移动电源

Type - C接口可用于供电和充电，CCG3可协商电源合同，控制和驱动电源路径FET，监控过流和过压情况。

6.3 USB Type - C转DisplayPort适配器

实现支持DisplayPort替代模式的PC与具有DisplayPort接口的传统显示器之间的连接，满足VESA DisplayPort Alt Mode on USB Type - C标准的要求。

6.4 USB Type - C转HDMI适配器

实现支持DisplayPort替代模式的PC与具有HDMI接口的传统显示器之间的连接，支持最高4K超高清（3840x2160）@60 Hz的显示输出。

6.5 笔记本电脑DRP应用

Type - C端口可作为电源提供者或消费者，CCG3与嵌入式控制器通过 (I^{2}C) 通信，控制数据多路复用器以路由高速信号。

6.6 直通扩展坞

实现USB Type - C笔记本电脑与HDMI显示器、传统USB设备和千兆以太网的连接，同时支持USB Type - C充电。

七、电气规格

文档详细列出了EZ - PD™ CCG3的绝对最大额定值、设备级规格、I/O规格、数字外设规格、系统资源规格等，为工程师在设计电路时提供了重要的参考依据。例如，在电源规格方面，明确了VSYS、VDDIO、VCCD等电源的电压范围和电流消耗；在I/O规格方面，规定了输入输出电压阈值、拉电阻值、电容等参数。

八、订购信息

文档提供了EZ - PD CCG3的订购信息，包括不同型号的应用场景、终端电阻、角色、默认固件、封装和Si ID等，方便工程师根据项目需求选择合适的型号。

九、总结

EZ - PD™ CCG3以其高度集成的特性、丰富的功能模块和广泛的应用场景，为电子工程师在设计USB Type - C相关设备时提供了强大的支持。无论是在电源管理、数据传输还是安全认证方面，CCG3都展现出了卓越的性能。然而，在实际应用中，工程师还需要根据具体的项目需求，结合其电气规格和引脚定义，合理设计电路板和编写固件，以充分发挥CCG3的优势。大家在使用过程中是否遇到过一些特殊的问题呢？欢迎在评论区分享交流。