探索Cypress HX3系列USB 3.0集线器套件：功能、操作与设计解析

在当今数字化时代，USB接口的应用无处不在，而USB 3.0技术更是以其高速数据传输和强大的供电能力，成为众多电子设备的标配。Cypress Semiconductor推出的CY4609、CY4603和CY4613 HX3系列USB 3.0集线器套件，为开发者提供了一套全面且灵活的解决方案。本文将深入探讨这些套件的特点、操作方法以及硬件设计细节，帮助电子工程师更好地了解和应用这些产品。

文件下载：CY4609.pdf

套件概述

HX3系列是符合USB 3.0规范修订版1.0的USB 3.0集线器控制器家族，支持低速（LS）、全速（FS）、高速（HS）和超高速（SS）外设。该系列包含三款套件：

• CY4609参考设计套件（RDK）：小尺寸、即用型集线器参考设计，适用于快速评估和开发。
• CY4603开发套件（DVK）：提供灵活的配置选项，可全面评估HX3的所有功能。
• CY4613开发套件（DVK）：实现了诸如Shared Link™和ACA - Dock等高级功能。

功能对比

特性	CY4609	CY4603	CY4613
套件类型	RDK	DVK	DVK
HX3 USB 3.0集线器控制器市场编号	CYUSB3304 - 68LTXC	CYUSB3314 - 88LTXC	CYUSB3328 - 88LTXC
板尺寸	3.3 × 2.0英寸	3.7 × 3.115英寸	4.5 x 3.6英寸
下游端口数量	4（4个USB 3.0端口）	4（4个USB 3.0端口）	6（2个USB 3.0，2个Shared Link SS和2个Shared Link USB 2.0端口）
支持LS、FS、HS和SS外设	是	是	是
支持USB - IF电池充电（BC）规范v1.2	是	是	是
模拟苹果充电	是	是	是
Ghost Charging™支持	是	是	是
下游端口电源控制	单组电源控制所有四个端口	每个端口独立电源控制	每个端口独立电源控制
配置功能	选择固件启动模式	选择固件启动模式，使用引脚带GPIO配置	选择固件启动模式
电源供应	5 V/4 A AC - DC电源适配器	5 V/4 A AC - DC电源适配器	12 V/3 A AC - DC电源适配器
状态LED	电源、集线器暂停状态	电源、集线器暂停状态、下游端口状态指示	电源、集线器暂停状态、下游端口状态指示
Shared Link™	否	否	是
ACA - Dock	否	否	是

套件操作

电源供应

每个套件都需要外部电源适配器供电。CY4609和CY4603使用5 V/4 A AC - DC电源适配器，CY4613使用12 V/3 A AC - DC电源适配器。在通电前，需确保配置模式选择跳线设置为自定义固件模式。通电后，电源LED（PWR）会亮起，表示板已通电；集线器暂停状态LED（SUSP）亮起，表示HX3处于暂停模式。

连接到PC

将套件的上游端口通过USB 3.0电缆连接到PC的USB 3.0端口。连接后，SUSP LED的状态会根据操作系统的不同而变化。在Windows 7系统中，SUSP LED会熄灭；在Windows 8系统中，SUSP LED会短暂熄灭，然后在无进一步USB活动时再次亮起。通过设备管理器可以检查集线器是否成功枚举。

USB 3.0数据传输

将USB 3.0认证的闪存驱动器连接到下游端口，然后将2 GB文件从闪存驱动器复制到PC，即可实现USB 3.0超高速数据传输。CY4603和CY4613的每个下游端口都有三个端口状态指示LED，分别指示USB 3.0设备连接（蓝色）、USB 2.0设备连接（绿色）和错误状态（琥珀色）。

电池充电

将符合USB - IF电池充电规范v1.2的设备（如苹果设备）连接到下游端口，套件即可为设备充电。对于CY4613套件，电池充电仅支持标准USB 3.0端口和Shared Link USB 2.0端口。

Ghost Charging

即使上游端口未连接到USB主机，套件也能通过Ghost Charging功能为下游端口连接的设备充电。在切换到Ghost Charging模式时，设备充电会短暂停止，然后在1 - 2秒内恢复。

配置HX3（CY4603）

CY4603套件可以使用引脚带GPIO配置HX3。通过设置不同的跳线，可以实现如启用电池充电功能、禁用下游端口等配置。配置前需先关闭电源，设置好跳线后再重新通电。

ACA - Dock功能（CY4613）

ACA - Dock功能允许在充电的同时演示USB主机功能。通过设置特定的跳线，可以启用该功能。将支持OTG主机功能的手机连接到套件的上游端口，套件即可为手机充电，同时手机可以枚举连接到下游端口的设备。

I2C从模式操作

CY4603和CY4613 DVKs支持I2C从模式操作。通过生成“HX3 I2C从模式文件”，并将其从外部I2C主设备发送到套件，可以实现对HX3的配置。

HX3 Blaster Plus工具

HX3 Blaster Plus是一个基于GUI的工具，用于配置HX3集线器控制器。它可以读取EEPROM中的配置数据、下载自定义固件、下载配置数据到EEPROM、擦除EEPROM中的数据以及生成用于I2C从模式操作的配置数据。

工具设置

该工具需要安装在Windows系统的PC上，PC需具备USB 3.0或USB 2.0端口，并通过USB电缆连接到HX3套件。套件需有外部EEPROM通过I2C接口连接到HX3。

操作步骤

1. 连接HX3板到PC：设置配置模式选择跳线为自定义固件模式，给HX3板通电，然后将其连接到PC的USB端口。
2. 绑定CYUSBHX3供应商驱动：在设备管理器中找到USB 2.0集线器设备，更新驱动程序，选择CYUSBHX3供应商驱动进行安装。
3. 配置HX3板：打开HX3 Blaster Plus工具，选择HX3设备和配置类型，进行配置数据的编辑、下载、擦除等操作。
4. 生成“HX3 I2C从模式文件”：在工具中指定配置设置，通过菜单选项生成该文件。
5. 恢复CY4613 DVK到出厂默认固件：按照特定的跳线设置和操作步骤，将CY4613 DVK恢复到出厂默认状态。
6. 卸载CYUSBHX3供应商驱动：在设备管理器中卸载该驱动，以恢复集线器的正常功能。

硬件设计

CY4609 RDK

• 硬件组成：包括CYUSB3304 - 68LTXC集线器控制器、5 V DC电源插孔、两个DC - DC电源调节器、四个USB 3.0下游端口和一个USB 3.0上游端口、配置模式选择跳线、16 KB I2C EEPROM、电源LED和集线器暂停状态LED以及电流测量跳线。
• 工作原理：基于CYUSB3304 - 68LTXC集线器控制器，支持四个USB 3.0下游端口，符合USB 3.0和BC v1.2规范。通过26 MHz晶体提供时钟信号，EEPROM用于存储配置数据和固件。
• 功能描述：
  • 电源供应：使用两个DC - DC调节器提供3.3 V和1.2 V电源，通过电源开关控制下游端口的电源，并监测过流情况。
  • 时钟和复位：使用26 MHz晶体提供时钟，通过RC电路实现上电复位。
  • USB 3.0端口：上游端口使用USB 3.0认证的微B连接器，下游端口使用标准A连接器，所有端口都包含ESD保护二极管。
  • LED和跳线：电源LED指示板是否通电，暂停状态LED指示集线器是否处于暂停状态。跳线用于选择HX3的启动模式。
  • EEPROM通过I2C接口：使用16 KB的I2C EEPROM存储配置数据和固件，支持主从模式。
  • 测试点：提供多个测试点，方便进行硬件测试，但使用时需注意避免过压、反压和短路。

CY4603 DVK

• 硬件组成：CYUSB3314 - 88LTXC集线器控制器、电源供应模块、四个USB 3.0下游端口和一个USB 3.0上游端口、配置模式选择跳线、16 KB EEPROM、电源LED、集线器暂停状态LED、端口状态指示LED和电流测量跳线。
• 工作原理：支持四个下游端口，符合USB 3.0和BC v1.2规范，每个下游端口通过电源开关独立控制，可监测过流情况。
• 功能描述：
  • 电源供应：与CY4609类似，但使用两个双通道电源开关分别控制两个下游端口。
  • LED和跳线：每个下游端口有三个状态指示LED，跳线用于选择启动模式和配置引脚带功能。
  • EEPROM通过I2C接口：与CY4609相同。
  • 时钟和复位：与CY4609相同。
  • USB端口：上游端口使用标准B连接器，下游端口与CY4609相同。
  • 测试点：提供多个测试点，使用时需注意避免过压、反压和短路。

CY4613 DVK

• 硬件组成：CYUSB3328 - 88LTXC集线器控制器、电源供应模块、两个标准USB 3.0下游端口、两个Shared Link USB 2.0端口、两个Shared Link SS端口和一个USB 3.0上游端口、配置模式选择跳线、16 KB EEPROM、电源LED、集线器暂停状态LED、端口状态指示LED和电流测量跳线。
• 工作原理：支持六个下游端口，使用12 V AC - DC适配器供电。
• 功能描述：
  • 电源供应：使用12 V DC - DC调节器生成5 V电源，通过电源开关限制电流，再使用与CY4609相同的电路生成3.3 V和1.2 V电源。
  • LED和跳线：与CY4603相同。
  • EEPROM通过I2C接口：与CY4603相同。
  • 时钟和复位：与CY4603相同。
  • Shared Link实现：DS1和DS2端口实现了Shared Link功能，可将USB 3.0端口拆分为嵌入式SS端口和标准USB 2.0端口。
  • ACA - Dock实现：支持ACA - Dock功能，通过特定的跳线设置实现。
  • 测试点：提供多个测试点，使用时需注意避免过压、反压和短路。

故障排除

文档中提供了详细的故障排除指南，针对套件在使用过程中可能出现的问题，如无法通电、设备管理器中集线器枚举异常、端口状态指示LED不工作等，给出了可能的原因和相应的解决方案。

Cypress的HX3系列USB 3.0集线器套件为电子工程师提供了丰富的功能和灵活的配置选项。无论是快速评估还是深入开发，这些套件都能满足不同的需求。通过了解套件的操作方法和硬件设计细节，工程师可以更好地利用这些套件，开发出更具竞争力的产品。你在使用这些套件的过程中遇到过哪些有趣的问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。