探索CY7C65632和CY7C65634：低功耗USB 2.0集线器控制器的卓越之选

在电子设备不断发展的今天，USB集线器作为扩展设备连接能力的重要组件，其性能和功耗成为了设计中的关键考量因素。Cypress的CY7C65632和CY7C65634 HX2VL™ 非常低功耗USB 2.0集线器控制器以其出色的特性和功能，为工程师们提供了一个理想的解决方案。

文件下载：CY4607M.pdf

产品特性亮点

高性能与低功耗兼顾

CY7C65632和CY7C65634是高性能、低功耗的USB 2.0集线器，专为低成本设计而优化，减少了物料清单（BOM）。它符合USB 2.0规范，支持多达四个下游端口，且下游端口与全速（FS）、低速（LS）设备向后兼容。采用单个事务转换器（TT），在降低成本的同时，实现了高效的数据转换。

极低的功耗设计

该控制器支持总线供电和自供电模式，并能在两者之间自动切换。内部集成了2K ROM和64字节RAM的单MCU，实现了最低的功耗。此外，高度集成的解决方案进一步降低了BOM成本，例如内部稳压器仅需单个5V电源，还可通过外部稳压器连接3.3V电源，同时集成了上游上拉电阻和所有下游端口的下拉电阻以及端接电阻。

高集成度与丰富功能

CY7C65632和CY7C65634集成了端口状态指示灯控制，可直接支持USB 2.0端口指示灯。采用12 MHz ± 500 ppm的外部晶体，驱动电平为600 W（集成PLL），还可选择27/48 MHz振荡器时钟输入。内部具备电源故障检测功能，用于ESD恢复。下游端口管理支持单独和组合模式的电源管理，具备过流检测功能，每个下游端口配备两个端口状态指示灯。

高度可配置性

设备的VID和PID可通过外部EEPROM进行配置，端口数量、可移动/不可移动端口也可通过EEPROM和I/O引脚配置。I/O引脚可配置组合/单独模式的电源切换、参考时钟源和电源开关使能引脚的极性，还可通过掩码ROM进行配置。

多样的封装与广泛的温度范围

该控制器提供节省空间的48引脚（7 x 7 mm）TQFP和28引脚（5 x 5 mm）QFN封装选项，并支持0 °C至70 °C的温度范围。

架构与功能模块

CY7C6563X作为HX2VL系列的一部分，其架构包括多个关键功能模块：

USB串行接口引擎（SIE）

SIE使HX2VL能够与USB主机进行通信，独立处理位填充和去填充、校验和生成与检查、TOKEN类型识别以及地址检查等USB活动。

HS USB控制逻辑

“Hub Control”块协调枚举、挂起和恢复操作，生成状态和控制信号供主机访问集线器，还包含帧定时器，用于使集线器与主机同步，其状态/控制寄存器作为与MCU中固件的接口。

集线器中继器

集线器中继器管理以相同速度运行的上游和下游端口之间的连接，支持全速和高速连接。根据USB 2.0规范，它能够在数据包边界处建立和拆除连接，确保有序进入和退出“挂起”状态，包括正确处理远程唤醒。

MCU

HX2VL配备了具有2K ROM和64字节RAM的MCU，以12 MHz时钟运行，用于解码来自主机的USB命令并响应主机。它还可以处理GPIO设置，为客户提供更高的灵活性，并控制对具有扩展配置选项的EEPROM的读取接口，且可根据客户需求在工厂进行编程。

事务转换器（TT）

TT用于在不同速度之间转换数据。当集线器以高速运行（上游端口连接到高速主机控制器）且连接了全速或低速设备时，TT将高速拆分事务转换为全速或低速事务。设备的运行速度决定了路由逻辑是将端口连接到TT还是集线器中继器。

端口控制

下游“端口控制”块处理连接/断开和过流检测，以及电源使能和LED控制，同时生成下游收发器的控制信号。

功能概述与工作流程

系统初始化

上电时，CY7C6563X可以选择从掩码ROM中的默认设置进行枚举，也可以通过读取外部EEPROM获取配置信息。EEPROM中包含了供应商ID（VID）和产品ID（PID）等关键信息，对于更专业的应用，还可以指定其他配置选项。在加载EEPROM内容作为描述符之前，CY7C6563X会验证校验和。

枚举

CY7C6563X通过启用D+上的上拉电阻向上游集线器表明其存在，随后等待USB总线复位。USB总线复位后，设备处于未寻址、未配置状态（配置值设为’0’）。在枚举过程中，主机设置集线器的地址和配置，配置完成后，集线器的全部功能即可使用。

上游端口

上游端口包含发射机和接收机状态机，根据当前集线器配置，发射机和接收机可以在高速和全速模式下运行。发射机状态机监控上游端口，防止下游端口的错误事件传播，避免集线器被上级集线器禁用或断开。

下游端口

CY7C6563X最多支持四个下游端口，每个端口可以在EEPROM配置中标记为可用或可移动，也可以通过引脚配置。在集线器配置之前，端口被驱动为SE0（单端零，D+和D–均为低电平）并处于无电状态。配置完成后，主机可以通过发送SetPortPower命令为每个端口供电，端口的连接或断开事件会被集线器检测到，并通过状态更改端点（端点1）报告给主机。当接收到针对连接设备的端口的SetPortReset请求时，集线器会对相应端口执行USB复位，将端口置于启用状态，并在端口启用后启用干扰检测。此外，下游端口可以由主机单独挂起，当集线器未挂起时，端口上的远程唤醒事件会通过集线器状态更改端点的端口更改指示反映给主机；当集线器挂起时，该事件会直接转发给主机，主机可以通过发送ClearPortSuspend命令恢复端口。

电源切换

CY7C6563X包含用于外部端口电源开关的接口信号，支持通过引脚配置组合和单独（每个端口）模式。枚举完成后，主机可以通过发送SetPortPower请求为每个端口供电，电源切换和过流检测通过相应的控制信号（PWR#[n]和OVR#[n]）与外部电源开关设备进行管理。支持高/低电平使能的电源开关，其极性可以通过GPIO设置进行配置。

过流检测

CY7C6563X系列的OVR#[n]引脚连接到外部电源开关的端口过流指示（输出）信号。检测到过流情况后，集线器会向主机报告过流状态，并禁用向外部电源设备的PWR#[n]输出。OVR#[n]的建立时间为20 ns，从过流检测到PWR#[n]失效需要3到4 ms。

端口指示灯

CY7C6563X直接支持USB 2.0端口指示灯，每个下游端口可选支持状态指示灯。端口指示灯有自动和手动两种操作模式，上电时默认为自动模式，此时端口指示灯的颜色（绿色、琥珀色、关闭）指示端口的功能状态，设备挂起时LED熄灭。

电源调节器

CY7C6563X的内部核心逻辑和USB物理层（PHY）正常运行需要3.3 V电源。集成的低压降电源调节器将USB电缆（Vbus）的5 V电源输入转换为3.3 V电源。当输入电压在4.75 V至5.25 V范围内时，内部电压参考电路保证3.3 V电源输出。调节器的最大电流负载为150 mA，为CY7C6563X正常低于100 mA的功耗提供了余量，片上调节器的静态电流为28 µA。此外，该控制器支持外部调节和内部调节两种方案，用户可以根据具体需求进行选择。

引脚配置与EEPROM配置

引脚配置

CY7C6563X提供48引脚TQFP和28引脚QFN两种封装，不同封装的引脚定义和功能各有特点。其中涉及电源和时钟引脚、系统接口引脚、上游端口引脚、下游端口引脚等，这些引脚的配置决定了设备的工作模式和功能。例如，通过引脚可以配置电源模式（总线供电或自供电）、时钟源、端口的可移动性、端口数量等。同时，引脚还具有一些特殊功能，如可用于访问EEPROM、控制LED指示灯等。在使用过程中，需要注意引脚的类型（输入、输出、电源/接地等）以及相关的电气特性，以确保设备的正常运行。

EEPROM配置

系统可以使用默认描述符来配置集线器，也可以通过外部EEPROM为设备提供唯一的VID和PID。CY7C6563X可以与SPI（微线）EEPROM（如93C46）或I2C EEPROM（如24C02）进行通信。不同封装对EEPROM的支持有所不同，28引脚QFN封装仅支持I2C EEPROM，而48引脚TQFP封装则同时支持I2C和SPI EEPROM连接选项，但同一时间只能选择一种连接方式进行通信。此外，HX2VL只能从SPI EEPROM读取数据，因此只有I2C EEPROM支持现场编程。CY7C6563X在上电复位后会验证校验和，若验证通过，则从EEPROM加载配置。为防止配置被覆盖，当存在SPI EEPROM时，AMBER[1]会被禁用。

应用场景与设计资源

典型应用

CY7C65632和CY7C65634适用于多种应用场景，如 docking 站、独立集线器、监控集线器、多功能打印机、数字电视、高级端口复制器、键盘集线器和游戏控制台等。在这些应用中，其高性能、低功耗和高可配置性的特点能够充分发挥优势，满足不同设备的需求。

设计资源

Cypress提供了丰富的设计资源，帮助工程师选择合适的HX2VL设备并将其快速有效地集成到设计中。在其官方网站（www.cypress.com）上，用户可以获取USB产品组合、USB路线图等信息，还可以通过USB 2.0集线器控制器选择器（HX2LP、HX2VL）来挑选适合自己的产品。此外，Cypress还提供了大量的USB应用笔记，涵盖了从基础到高级的广泛主题，例如《AN72332 - 使用Cypress的USB 2.0集线器（HX2VL）的系统设计指南》和《AN69235 - 从HX2/HX2LP迁移到HX2VL》，这些应用笔记对于工程师快速上手和深入了解产品具有重要的指导意义。同时，Cypress还提供了参考设计，如CY4608 HX2VL非常低功耗USB 2.0兼容4端口集线器开发套件和CY4607 HX2VL非常低功耗USB 2.0兼容4端口集线器开发套件，这些套件包含了开发所需的硬件原理图、物料清单、Gerber文件、Orcad文件和详细的设计文档，为工程师的设计工作提供了极大的便利。

总结与展望

CY7C65632和CY7C65634 HX2VL™ 非常低功耗USB 2.0集线器控制器以其卓越的性能、低功耗、高集成度和可配置性，为电子工程师在设计USB集线器时提供了一个强大的工具。无论是在消费电子、工业控制还是其他领域，都能够满足对USB集线器的多样化需求。随着电子技术的不断发展，我们期待Cypress能够继续推出更多创新的产品，为电子工程师带来更多的选择和便利。在实际应用中，工程师们需要根据具体的设计要求，充分利用该控制器的各种特性和功能，同时结合Cypress提供的丰富设计资源，打造出更加优秀的产品。那么，你在使用类似的USB集线器控制器时遇到过哪些问题呢？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。