探索 Microchip USB2250/50i/51/51i：高性能 USB 2.0 多插槽闪存媒体控制器

在电子设备日益普及的今天，高效的数据传输和存储变得至关重要。Microchip 推出的 USB2250/50i/51/51i 闪存媒体控制器，为我们提供了一个强大而灵活的解决方案。本文将深入探讨这款控制器的特点、功能以及应用场景，帮助电子工程师更好地了解和应用它。

文件下载：EVB-USB2250.pdf

一、产品概述

Microchip USB2250/50i/51/51i 是一款完全符合 USB 2.0 规范的闪存媒体卡读卡器解决方案。它能够读写超过 24 种流行的闪存媒体格式，涵盖了 CompactFlash、SmartMedia、xD-Picture Card、Memory Stick、Secure Digital 和 MultiMediaCard 等多个系列。该控制器采用单芯片设计，具有超高性能，在媒体和主机支持的情况下，平均持续传输速率可超过 35 MB/s。

产品亮点

• 封装形式：采用 128 引脚的 VTQFP（14x14 mm）封装，符合 RoHS 标准。
• 应用场景：适用于单媒体或“组合”媒体插槽的应用。
• 多卡支持：支持同时插入多张卡。
• LUN 分配灵活：可灵活分配逻辑单元号（LUN）以及卡类型与 LUN 的关联。
• 数据流程架构：所有自映射媒体采用硬件控制的数据流程架构，非自映射媒体则有流水线硬件支持。
• 温度范围：型号中带有 “i” 的版本支持 -40ºC 至 85ºC 的工业温度范围。

二、硬件特性

芯片结构与接口

• 单芯片设计：集成了闪存媒体控制器，具有独立卡插槽的非复用接口。
• 处理器：配备 8051 8 位微处理器，工作频率为 60 MHz，单周期执行，拥有 64 KB ROM 和 14 KB RAM。
• 电压调节：内置 1.8 V 核心操作的调节器。

媒体规范兼容性

该控制器支持多种闪存媒体规范，包括：

• CompactFlash 4.1：支持 CF UDMA Modes 0 - 4 和 CF PIO Modes 0 - 6。
• Secure Digital 2.0：涵盖 HS - SD 和 HC - SD，以及 TransFlash 和缩小尺寸的媒体。
• MultiMediaCard 4.2：支持 1/4/8 位 MMC。
• Memory Stick 系列：包括 Memory Stick 1.43、Memory Stick Pro Format 1.02、Memory Stick Pro - HG Duo Format 1.01 等。
• 其他媒体：Smart Media 1.3 和 xD - Picture Card 1.2（USB2251 不适用 xD - Picture Card）。

其他特性

• 扩展配置选项：支持 xD 播放器模式操作、插槽开关极性等。
• 媒体活动指示灯：方便用户了解媒体状态。
• 时钟电路：板载 24 MHz 晶体驱动电路，也可选择外部 24 MHz 时钟输入。
• 电源管理：4 个独立的内部卡电源 FET，每个提供 200 mA 电流，并具有“折返”短路保护。

三、软件特性

低延迟中断处理

该控制器针对低延迟中断处理进行了优化，能够快速响应外部事件，提高系统的实时性。

内存占用优化

通过优化算法和代码结构，减少了内存占用，提高了系统的运行效率。

设备固件升级（DFU）

支持外部 EEPROM 或外部闪存的设备固件升级，包括生产线支持和最终用户现场升级。DFU 包包含驱动程序、固件、示例 DFU 应用程序和源代码，以及 DFU 驱动程序 API。

自定义固件

可选择使用高达 128 KB 的外部 ROM 实现自定义固件，满足不同用户的个性化需求。

四、引脚配置与描述

引脚配置

USB2250/50i/51/51i 采用 128 引脚的 VTQFP 封装，引脚分为多个功能组，包括 Compact Flash 接口、SmartMedia 接口、Memory Stick 接口、Secure Digital / MultiMediaCard 接口、USB 接口、内存/IO 接口和杂项接口等。

引脚描述

每个引脚都有详细的功能描述，例如：

• CF 接口：CF_nCS0 为 CF ATA 设备任务文件寄存器的低电平有效片选信号；CF_IRQ 为 CF 设备的高电平有效中断请求信号。
• SM 接口：SM_nWP 为 SM 设备的低电平有效写保护信号；SM_ALE 为 SM 设备的高电平有效地址锁存使能信号。
• MS 接口：MS_BS 连接到 MS 设备的总线状态引脚，用于控制总线状态；MS_SCLK 为输出到 MS 设备的时钟信号。
• SD/MMC 接口：SD_D[7:0] 为双向数据信号；SD_CLK 为输出到 SD/MMC 设备的时钟信号。
• USB 接口：USB+ 和 USB - 连接到 USB 总线数据信号；RBIAS 用于设置收发器的内部偏置电流。

五、配置选项

卡片读卡器配置

该控制器完全符合多种闪存媒体卡读卡器规范，为用户提供了广泛的兼容性。

VBUS 检测

根据 USB 2.0 规范，设备只有在上游端口的 VBUS 处于有效（供电）状态时，才能为其 D + 或 D - 上拉电阻提供电源。VBUS_DET 引脚用于监测上游 VBUS 信号的状态，当 VBUS 无效时，设备将在 10 秒内移除 D + 上拉电阻的电源。

系统配置

• EEPROM 配置：可通过 2 线（I²C）EEPROM（512x8）闪存设备对 USB2250/50i/51/51i 进行配置。如果没有外部配置设备，则使用内部默认值。OEM 可以通过 USB 接口更新配置值。
• EEPROM 数据描述符：包含了一系列寄存器，用于配置 USB 设备的各种参数，如 USB 序列号、供应商 ID、产品 ID、语言 ID 等。

默认配置选项

该设备可以通过内部默认配置进行设置，用户可以参考 EEPROM 数据描述符了解具体的配置方法和默认值。

六、电气特性

AC 规格

• 振荡器/晶体：支持 24 MHz ± 350 ppm 的晶体并联谐振，基模工作。
• 陶瓷谐振器：支持 24 MHz ± 350 ppm 的陶瓷谐振器。
• 外部时钟：推荐使用 50% 占空比 ± 10%、24/48 MHz ± 350 ppm、抖动 < 100 ps rms 的外部时钟，XTAL2 应视为不连接。

DC 参数

• 最大额定值：包括存储温度、引脚电压等参数，使用时需注意不要超过这些额定值，以免造成设备损坏。
• 工作条件：规定了设备正常工作的温度范围、电源电压等条件。
• DC 电气特性：详细描述了各种输入输出缓冲区的电气特性，如输入电平、输出电平、拉电流、灌电流等。
• 电容特性：给出了时钟输入电容、输入电容和输出电容的参数。
• 封装热特性：提供了 128 引脚 VTQFP 封装的热阻和结到封装顶部的热阻等参数。

七、应用场景

• 闪存媒体卡读写器：作为闪存媒体卡的读写设备，实现数据的快速传输和存储。
• 打印机：用于打印机的数据传输和存储，提高打印效率。
• 桌面和移动 PC：方便用户通过 USB 接口读取和写入闪存媒体卡中的数据。
• 消费类 A/V 设备：如数码相机、摄像机等，可实现数据的快速传输和存储。
• 媒体播放器/查看器：用于播放和查看闪存媒体卡中的多媒体文件。
• Vista ReadyBoost：提供系统的缓存功能，提高系统性能。

八、总结

Microchip USB2250/50i/51/51i 闪存媒体控制器以其高性能、高兼容性和丰富的功能，为电子工程师提供了一个优秀的解决方案。无论是在消费电子、工业控制还是其他领域，该控制器都能发挥重要作用。在实际应用中，工程师需要根据具体需求合理配置和使用该控制器，以充分发挥其优势。你在使用类似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。