探索CY7C65213/CY7C65213A USB - UART LP桥接控制器：特性、应用与设计要点

引言

在电子设计领域，桥接控制器扮演着至关重要的角色，它能够实现不同接口之间的无缝连接，为设备的升级和功能扩展提供了便利。CY7C65213和CY7C65213A作为Cypress Semiconductor Corporation推出的USB - UART LP桥接控制器，具备众多出色的特性和广泛的应用场景。本文将深入探讨这两款控制器的特性、功能、电气规格以及应用实例，为电子工程师在设计过程中提供有价值的参考。

文件下载：CYUSBS232.pdf

特性概览

USB兼容性

CY7C65213和CY7C65213A均通过USB 2.0认证，支持全速（12 Mbps）通信。它们支持通信驱动类（CDC）、个人医疗设备类（PHDC）和厂商设备类，并且符合USB电池充电规范Rev. 1.2的电池充电器检测（BCD）要求（仅支持外设检测）。此外，芯片集成了USB终端电阻，简化了设计。

UART接口

单通道可配置UART接口是这两款控制器的一大亮点。它支持2针、4针、6针和8针UART接口，数据速率最高可达3 Mbps。每个发送和接收缓冲区为256字节，数据格式灵活，可配置7或8个数据位、1或2个停止位，以及无校验、偶校验、奇校验、标记校验或空格校验。同时，支持奇偶校验、溢出和帧错误检测，以及使用CTS、RTS、DTR、DSR进行流控制，还支持UART中断信号。需要注意的是，CY7C65213支持单通道RS232/RS422接口，而CY7C65213A则支持RS232/RS422/RS485接口。

GPIO功能

控制器拥有8个通用输入/输出（GPIO）引脚，可通过配置工具进行灵活配置。配置选项包括三态、输出静态1、输出静态0、电源控制、USB发送时驱动LED、USB接收时驱动LED等。GPIO还可以配置为以8 mA的驱动强度驱动LED。

其他特性

• 唯一序列号：每个设备支持唯一序列号功能，当USB - UART LP桥接控制器设备插入时，可永久固定COM端口号。
• 配置工具：提供Windows配置工具，可用于配置厂商ID（VID）、产品ID（PID）、产品和制造商描述符、UART、充电器检测和GPIO等参数。
• 驱动支持：支持多种操作系统的驱动，包括Windows 10、8.1、8、7、Vista、XP、Windows CE、Mac OS - X 10.6及更高版本、Linux内核版本2.6.35及更高版本以及Android Gingerbread及更高版本。
• 存储与时钟：拥有512字节的闪存用于存储配置参数，集成48 MHz时钟振荡器，无需外部晶体。
• 低功耗模式：支持USB挂起模式，以降低功耗，同时支持总线/自供电配置，兼容USB 2.0和USB 3.0主机控制器。
• 工作条件：工作电压范围为1.71至5.50 V，商业级工作温度范围为0 °C至70 °C，工业级为 - 40 °C至85 °C，具备2.2 kV HBM的ESD保护，采用符合RoHS标准的封装。

功能详解

功能概述

CY7C65213/CY7C65213A是一款完全集成的USB - UART桥接器，通过最少的组件即可将基于UART的设备升级到USB接口。它集成了USB 2.0全速控制器、UART收发器、内部稳压器、内部振荡器和512字节闪存，采用32引脚QFN和28引脚SSOP封装。内部闪存用于存储特定于用户的USB描述符和GPIO配置，可通过USB接口使用配置工具进行系统内编程。Cypress提供免版税的虚拟COM端口（VCP）设备驱动程序，使设备在PC应用中显示为COM端口，并实现所有UART信号，包括握手和控制信号。

USB和充电器检测

• USB：内置USB 2.0全速收发器，在USB数据线上集成了内部USB串联终端电阻，并在USBDP上集成了1.5 kΩ上拉电阻。
• 充电器检测：支持仅用于外设检测的BCD，符合USB电池充电规范Rev. 1.2。支持标准下游端口（SDP）、充电下游端口（CDP）和专用充电端口（DCP），分别允许系统从主机汲取最高500 mA、1.5 A和1.5 A的电流。

串行通信

CY7C65213/CY7C65213A具有串行通信模块（SCB），每个SCB可实现UART接口。TX和RX线路均有256字节的缓冲区。UART接口提供异步串行通信，最高速度可达3 Mbps，支持7至8个数据位、1至2个停止位、多种奇偶校验方式，支持全双工通信，信号格式与标准UART协议兼容。此外，还支持常见的UART功能，如奇偶校验错误和帧错误检测，波特率范围为300波特至3 M波特，可通过配置工具设置。UART还支持硬件流控制，使用RTS#/CTS#和DTR#/DSR#控制信号对。

GPIO接口

8个GPIO引脚可通过配置工具进行灵活配置，配置选项丰富多样。例如，可配置为三态、输出静态电平、控制电源、驱动LED等。需要注意的是，任何配置为“输入”的GPIO引脚应上拉或下拉，以避免浮动输入导致的不确定电压电平，建议在每个输入引脚上使用10 kΩ上拉或下拉电阻。

系统资源

• 电源系统：支持USB挂起模式以控制功耗，可在3.15 V至5.5 V的总线供电或自供电模式下工作。
• 时钟系统：完全集成的时钟系统，无需外部晶体，内部48 MHz振荡器是主要的内部时钟源，同时还具备内部32 kHz振荡器。
• 复位：复位模块确保可靠的上电复位，使设备回到默认已知状态。RESET#（低电平有效）引脚可由外部设备用于复位CY7C65213/CY7C65213A。
• 挂起和恢复：当USB总线进入挂起状态时，设备会置位SLEEP#引脚，以满足USB 2.0规范的严格挂起电流要求。设备可在USB总线上检测到任何活动或RI#（配置为唤醒）引脚置位时从挂起状态恢复。
• 唤醒：RI#（配置为唤醒）引脚用于在USB总线上生成远程唤醒信号，前提是主机通过SET_FEATURE请求启用此功能。设备在USB枚举过程中通过配置描述符向主机传达对远程唤醒的支持。

软件支持

Cypress提供了完整的软件驱动程序和配置工具，以支持系统开发过程中的产品配置。针对不同操作系统，提供了相应的驱动支持，如Linux的用户模式USB驱动库（libcyusbserial.so）、Android的Java类（CyUsbSerial.java）、Mac OSx的动态链接共享库（CyUSBSerial.dylib）以及Windows的用户模式动态链接库（CyUSBSerial DLL）和虚拟COM端口驱动（CyUSBSerial.sys）。同时，还提供了Windows专用的设备配置工具，可用于查看和配置设备的初始化参数。

内部闪存配置

内部闪存可用于存储各种配置参数，如USB厂商ID、产品ID、制造商和产品字符串、电源模式、最大电流消耗、USB接口协议等。可通过免费的配置工具在USB接口上对这些参数进行配置，以满足特定应用需求。

电气规格

绝对最大额定值

超过绝对最大额定值可能会缩短设备的使用寿命，包括存储温度范围为 - 55 °C至 + 100 °C，工业环境下的环境温度范围为 - 40 °C至 + 85 °C，电源电压的最大值等。同时，具备2.2 kV HBM的静电放电（ESD）保护水平。

工作条件

工业级工作温度范围为 - 40 °C至 + 85 °C，VCC电源电压范围为3.15 V至5.25 V，VCCIO电源电压范围为1.71 V至5.50 V，VCCD电源电压范围为1.71 V至1.89 V。

设备级规格

包括直流规格和交流规格，如VCC、VCCIO、VCCD的电压范围，工作电源电流、USB挂起电源电流等参数，以及USB驱动输出阻抗、从USB挂起模式唤醒的时间等交流参数。

GPIO规格

包括GPIO的直流规格和交流规格，如输入电压高/低阈值、输出电压高/低电平、上拉/下拉电阻、输入泄漏电流、输入电容、输入滞后等参数，以及不同模式下的上升时间和下降时间。

复位规格

复位引脚的直流规格包括输入电压高/低阈值、上拉电阻、输入电容和输入电压滞后，交流规格包括复位脉冲宽度。

UART规格

UART的交流规格主要包括UART比特率，范围为0.3至3000 kbps。

闪存规格

闪存的耐用性为100K周期，在TA ≤ 85 °C且进行10K次编程/擦除周期的情况下，数据保留时间为10年。

引脚描述

详细介绍了CY7C65213 - 28PVXI / CY7C65213A - 28PVXI（28引脚SSOP）和CY7C65213 - 32LTXI / CY7C65213A - 32LTXI（32引脚QFN）的引脚功能和用途，包括数据传输、控制信号、电源引脚、GPIO引脚等。

USB电源配置

USB总线供电配置

VBUS直接连接到CY7C65213/CY7C65213A，因为芯片具有内部稳压器。系统在USB枚举前的电流消耗不应超过100 mA，在USB挂起模式下不应超过2.5 mA，高功率总线供电系统需使用POWER#控制电流消耗，且从USB主机汲取的电流不应超过500 mA。

自供电配置

VCC由USB VBUS供电，同时用于检测USB连接；VCCIO由外部电源供电。VBUS用于控制CY7C65213/CY7C65213A的RESET#引脚，确保在USB主机断电时符合USB 2.0规范。

USB总线供电且I/O电压可变配置

使用低压差（LDO）稳压器提供1.8 V或3.3 V的输入电压，通过跳线开关选择VCCIO的电压，允许I/O电压和外部逻辑电源在1.8 V、3.3 V或5 V之间选择。系统同样需满足USB枚举前和挂起模式下的电流限制要求。

应用实例

USB到RS232转换器

CY7C65213/CY7C65213A可将任何带有串行端口的嵌入式系统通过USB连接到主机PC，在主机PC上枚举为COM端口。RS232协议采用双极性信号，需要RS232电平转换器进行极性反转和电压电平转换。GPIO4可配置为SLEEP#或POWER#，连接到RS232电平转换器的SHDN#引脚，GPIO0和GPIO1可配置为TXLED#和RXLED#以驱动LED指示数据传输和接收。可通过简单的回环测试验证USB - RS232转换器的功能。

USB到RS485应用

CY7C65213A可配置为USB到UART接口，UART接口为TTL电平，可通过GPIO和半双工RS485收发器IC将其转换为RS485接口。RS485是多节点网络，电缆两端需要进行终端匹配。

电池供电的总线供电USB到MCU并带有电池充电检测

CY7C65213/CY7C65213A作为USB到微控制器的接口，TXD和RXD用于数据传输，RTS#和CTS#用于握手。GPIO4配置为SLEEP#指示设备是否处于USB挂起模式，RI#引脚配置为唤醒USB主机控制器。该应用实现了电池充电检测功能，系统需满足电池供电和USB供电的相关电流限制要求，可通过配置BCD0和BCD1信号来指示USB充电器类型和电池充电器可从VBUS汲取的电流。

LED接口

任何GPIO引脚都可配置为驱动LED，提供TXLED#、RXLED#和TX或RX LED#三种配置选项，可实现单LED或双LED配置，用于指示USB数据传输和接收。

订购信息

提供了CY7C65213和CY7C65213A的订购代码和对应的封装信息，包括28引脚SSOP和32引脚QFN封装，以及工业级的工作范围。

总结

CY7C65213和CY7C65213A USB - UART LP桥接控制器以其丰富的特性、灵活的配置和广泛的应用场景，为电子工程师在设计USB - UART接口时提供了优秀的解决方案。无论是在电池供电设备、USB到UART电缆、工业测试和测量设备还是其他应用领域，这两款控制器都能发挥重要作用。在实际设计过程中，工程师需要根据具体需求合理配置控制器的参数，确保系统的稳定性和性能。同时，充分利用Cypress提供的软件工具和技术支持，能够加快设计进度，提高设计质量。你在使用这两款控制器的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。