USB2502 2 - Port USB 2.0 Hub Controller 深度解析

在电子设备日益普及的今天，USB 接口的应用无处不在。而 USB 集线器（Hub）作为扩展 USB 接口数量的重要设备，其性能和功能对于设备的使用体验至关重要。今天，我们就来深入探讨一下 Microchip 公司的 USB2502 2 - Port USB 2.0 Hub Controller。

文件下载：EVB-2502.pdf

一、产品概述

USB2502 是一款完全符合 USB 2.0 规范的 2 端口集线器控制器。它可以作为全速集线器或全速/高速集线器连接到 USB 主机，支持在所有启用的下游端口上连接低速、全速和高速（如果作为高速集线器运行）的下游设备。该集线器与外部 USB 电源分配开关设备配合工作，以控制向下游端口的 (V_{BUS}) 切换，限制电流并检测过流情况。

二、产品亮点

1. 集成 USB 2.0 兼容 2 端口集线器

• 速度兼容性：支持高速（480Mbits/s）、全速（12Mbits/s）和低速（1.5Mbits/s），能满足不同设备的连接需求。
• 电源管理：具备完整的电源管理功能，采用联动电源控制，可检测总线电源/自供电电源源，并自动切换模式。

  2. 完全符合 USB 2.0 规范

• 包含 USB 2.0 收发器，确保与 USB 2.0 设备的良好兼容性。

  3. 多种配置方式

• 通过单个串行 (I^{2}C) EEPROM 或 SMBus 从端口进行 VID/PID/DID 和端口配置。
• 即使没有配置 EEPROM，也有默认的 VID/PID/DID，保证基本功能。
• 提供硬件绑定选项，无需外部 EEPROM 或 SMBus 主机即可进行配置。

  4. 内部电路设计

• 板载 24MHz 晶体驱动电路或 24MHz 外部时钟驱动。
• 内部 PLL 用于 480MHz USB 2.0 采样。
• 内部 1.8V 线性稳压器，提供稳定的电源。
• 集成 USB 终端和上拉/下拉电阻，简化外部电路设计。
• 内部 USB 差分信号引脚的短路保护，提高设备的安全性。

  5. 其他特性

• 支持基本的单色 LED，方便状态指示。
• 1.8 伏低功耗核心操作，降低能耗。
• 3.3 伏 I/O，具有 5V 输入容限，增强了兼容性。
• 提供 36 引脚 QFN 或 48 引脚 TQFP 符合 RoHS 标准的封装。

三、引脚配置与功能

1. 引脚表

USB2502 提供了 36 - QFN 和 48 - TQFP 两种封装的引脚表，涵盖了上游 USB 2.0 接口、2 端口 USB 2.0 接口、串行端口接口、杂项和电源/接地等多个部分。这些引脚各自承担着不同的功能，例如：

• USBDP0 和 USBDN0：连接到上游 USB 总线数据信号。
• VBUS_DET：检测上游 (VBUS) 电源状态，用于确定何时激活内部 D + 上拉电阻。

  2. 引脚功能详细描述

  每个引脚的功能都有明确的定义，例如：

• PRTPWR：用于启用向下游 USB 外设设备的电源，其有效信号电平由 PRTPWR_POL 引脚的电源极性绑定功能决定。
• GR[2:1]/NON_REM[1:0]：既是端口 2 和 1 的绿色指示灯，又可用于端口非可移动设备的绑定选项。

四、功能模块描述

1. 2 - 端口集线器

• 配置选项：Microchip 集线器支持多种配置方式，包括 SMBus、EEPROM 或内部默认设置。配置方法由 CFG_SEL1 和 CFG_SEL0 引脚在 RESET_N 否定后立即确定。
• 关键参数配置：如 Vendor ID（VID）、Product ID（PID）、Device ID（DID）、自供电/总线供电模式、高速禁用、EOP 禁用、电流传感、复合设备、非可移动设备、端口禁用、动态电源、过流定时器、自供电最大功率、总线供电最大功率、自供电集线器控制器电流、总线供电集线器控制器电流和上电定时器等，都可以通过不同的配置方式进行设置。

  2. EEPROM 接口

• 可以通过 2 线（(I^{2}C)）EEPROM 对集线器进行配置。内部状态机在配置为支持 EEPROM 时，会读取外部 EEPROM 中的配置数据，然后连接到上游 USB 主机。
• (I^{2}C) EEPROM 接口实现了 (I^{2}C) 主规范的子集，遵循标准模式 (I^{2}C) 规范（100kbit/s 传输速率和 7 位寻址）。

  3. SMBus 从接口

• 可以通过 SMBus 接口从外部处理器接收代码加载，以配置集线器。SMBus 接口与 EEPROM 接口共享相同的引脚，当 CFG_SEL1 和 CFG_SEL0 激活 SMBus 接口时，外部 EEPROM 支持将不再可用。
• 支持 Write Byte 和 Read Byte 协议，用于读写设备中的寄存器。

  4. 默认配置选项

• 可以通过内部默认配置对集线器进行设置，同时也提供了默认绑定选项，结合内部默认值和引脚绑定选项进行配置。

  5. 复位功能

• 集线器有硬件复位（通过 RESET_N 引脚）和 USB 总线复位两种复位方式。硬件复位时，所有下游端口将被禁用，PHYs 被禁用，所有事务立即终止，内部寄存器恢复到默认状态等。USB 总线复位时，集线器会设置默认地址为 0，配置为未配置状态，取消对所有下游端口的 PRTPWR 信号，清除所有 TT 缓冲区等。

五、测试与参数

1. XNOR 测试

通过驱动 TEST 和 CFG_SEL[1] 高电平，驱动 SCLK 低电平，并将 RESET_N 从低电平转换为高电平，可以启用 XNOR 连续性测试，测试除特定引脚外的所有信号引脚。

2. DC 参数

• 最大额定值：包括存储温度、引脚温度、电源电压等参数的最大限制，超过这些参数可能会对设备造成永久性损坏。
• 推荐工作条件：规定了设备正常工作时的温度、电源电压等条件。
• DC 电气特性：如输入缓冲器的高低电平、迟滞、输入泄漏电流、输出缓冲器的高低电平、输出泄漏电流等参数。

  3. AC 规格

• 振荡器/时钟：晶体采用并联谐振、基模、24 MHz ±100ppm；外部时钟要求 50% 占空比 ± 10%，24 MHz ± 100ppm，抖动 < 100ps rms。
• SMBUS 接口：符合 SMBus 1.0 规范中仅适用于从设备的所有电压、功率和时序特性及规格。
• (I^{2}C) EEPROM：频率固定在 59KHz ± 20%。
• USB 2.0：符合 USB 2.0 规范的所有电压、功率和时序特性及规格。

六、封装与支持

1. 封装外形

提供 36 引脚 QFN（6X6MM 主体 - 0.5MM 间距）和 48 引脚 TQFP（7X7X1.4MM 主体，2MM 引脚间距）两种封装外形。

2. 技术支持

• Microchip 公司通过其网站（www.microchip.com）提供在线支持，包括产品支持、一般技术支持和业务相关信息。
• 提供客户变更通知服务，用户可以注册以接收指定产品系列或开发工具的相关变更、更新、修订或勘误的电子邮件通知。
• 用户可以通过分销商、当地销售办公室、现场应用工程师（FAE）或技术支持渠道获得产品支持。

综上所述，USB2502 2 - Port USB 2.0 Hub Controller 是一款功能强大、配置灵活的 USB 集线器控制器，适用于各种需要扩展 USB 接口的应用场景。在设计过程中，电子工程师需要根据具体的应用需求，合理配置其各项参数和功能，以确保设备的稳定运行。你在使用 USB2502 过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。