USB2534：一款强大的USB 2.0 Hi-Speed 4-Port Hub Controller

在嵌入式USB应用领域，一款性能卓越的USB集线器控制器至关重要。Microchip的USB2534就是这样一款值得关注的产品，它以其丰富的功能和出色的性能，为嵌入式系统提供了强大的支持。

文件下载：EVB-USB2534BC.pdf

一、产品概述

USB2534是一款低功耗、可由OEM配置的MTT（Multi-Transaction Translator）USB 2.0集线器控制器，拥有4个下游端口，专为嵌入式USB应用而设计。它完全符合USB 2.0规范和USB 2.0链路电源管理附录，可作为全速集线器或全速/高速集线器连接到上游端口。该4端口集线器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。

二、产品亮点

1. 电池充电支持

• 上下游充电检测：支持上游电池充电器检测和下游电池充电。集成的电池充电器检测电路支持USB-IF电池充电（BC1.2）检测方法和大多数苹果设备。能检测USB充电器的连接和类型，并通过串行接口从设备的状态寄存器读取充电器信息。
• 多种充电配置：提供多种USB-IF BC1.2充电配置文件，包括DCP（专用充电端口，无数据的电源适配器）、CDP（充电下游端口，1.5A带数据）、SDP（标准下游端口，0.5A带数据）以及通过SMBus或OTP加载的自定义配置文件。

2. 独特功能特性

• FlexConnect：下游端口1可与上游端口交换，允许连接到端口1的主机设备控制集线器上的其他设备。可通过寄存器控制位或物理输入控制引脚启用，USB2534PF设备类型支持物理引脚控制。
• MultiTRAK™技术：每个端口使用专用的事务转换器（TT），无论活动的下游连接数量如何，都能保持一致的全速数据吞吐量，在USB全速数据传输方面优于传统的单TT USB 2.0集线器。
• PortMap：提供灵活的端口映射和禁用序列，可对下游端口进行重新排序或按任意顺序禁用，以支持多种平台设计，并且在禁用某个端口时，集线器控制器会自动重新排序其余端口以匹配USB主机控制器的端口编号方案。
• PortSwap：为USB差分对引脚位置增加了每个端口的可编程性，允许将USB信号（D + / D -）直接对齐到连接器，避免PCB上USB差分信号的不均匀走线长度或交叉。
• PHYBoost：为下游端口收发器提供可编程的高速USB信号驱动强度，尝试在受损的系统环境中恢复USB信号完整性。
• VariSense：控制USB接收器灵敏度，实现可编程的USB信号接收灵敏度级别，允许在次优系统环境中运行，例如使用 captive USB电缆时。

三、引脚说明

1. 引脚功能分组

USB2534的引脚根据其关联接口分为多个功能组，如USB/HSIC接口、I²C/SMBus接口和其他杂项接口等。每个引脚都有特定的功能和用途，例如，USB数据信号引脚用于传输数据，配置引脚用于设置设备的各种参数。

2. 引脚配置注意事项

• 配置引脚的值在电源上电复位（POR）或外部芯片复位（RESET_N）时被锁存，用于确定特定功能的默认配置。配置引脚连接负载时，需使用外部上拉或下拉电阻来增强内部电阻，以确保在锁存前达到所需的电压电平。
• 与UCS100x系列USB端口电源控制器兼容时，UCS100x必须连接到USB2534的端口1，并且在电源上电复位时，PRTPWR1和OCS1_N必须拉高。

四、电源连接

1. 集成电源调节器

USB2534集成了3.3V和1.2V电源调节器，允许通过单个3.3V外部电源供电。调节器由RESET_N控制，当RESET_N置高时，3.3V调节器开启；当RESET_N置低时，3.3V调节器关闭。

2. 电源连接图

文档中提供了电源连接图，展示了如何正确连接电源，以确保设备的正常运行。

五、工作模式

1. 待机模式

当外部硬件复位被断言时，集线器进入待机模式。这是最低功耗状态，除了监控RESET_N输入外，没有其他功能处于活动状态，所有端口接口呈高阻抗，所有调节器均关闭。

2. 集线器模式

当RESET_N置高时，设备进入集线器模式，作为可配置的USB集线器运行，并具备电池充电器检测功能。功耗取决于活动端口的数量、端口速度和数据传输量。

3. 启动序列

设备的启动序列包括多个阶段，如硬件初始化阶段（HW_INIT）、软件初始化阶段（SW_INIT）、SOC配置阶段（SOC_CFG）、配置阶段（CONFIG）、电池充电器检测阶段（CHGDET）、集线器连接阶段（HUB.CONNECT）和正常模式。每个阶段都有特定的任务和操作，确保设备正确初始化和配置。

六、设备配置

1. 配置方法选择

通过CFG_SEL[1:0]配置引脚和SDA引脚确定集线器的配置方法，不同的配置组合对应不同的配置方式，如基于配置引脚选项和内部OTP设置、从2线（I²C）EEPROM加载配置等。

2. 客户可访问功能

• USB可访问功能：包括VSM命令、I²C主机访问、OTP访问、电池充电访问和其他嵌入式控制器功能等。
• SMBus可访问功能：可通过SMBus访问设备的OTP ROM和进行配置参数编程等操作。

  3. 设备配置引脚

  配置引脚用于设置设备的各种默认配置，如NON_REM[1:0]用于确定端口是否包含永久连接的设备，CFG_SEL[1:0]用于选择配置方法，BC_EN[4:1]用于启用下游端口的电池充电功能，PRT_DIS_MX/PRT_DIS_PX用于禁用相应的USB端口。

七、设备接口

1. I²C主机接口

实现了I²C主机规范的子集，用于连接单个“专用”I²C EEPROM以加载配置数据，符合标准模式I²C规范（100 kbit/s传输速率和7位寻址）。支持顺序访问写入和读取操作，电路板设计人员需要在SDA和SCL信号上放置外部上拉电阻。

2. SMBus设备接口

集成了SMBus设备接口，可用于访问内部设备运行时寄存器或编程内部OTP内存。通过检测SMBDATA和SMBCLK信号上的上拉电阻来实现SMBus检测，可用于配置设备。

八、功能描述

1. 电池充电器检测与充电

• 上游电池充电器检测：可检测符合中国电池充电器规范、USB-IF电池充电器规范1.2和大多数苹果设备的充电器。通过在DP和DM引脚上施加和监控电压来检测充电器类型，并更新设备状态。
• 下游电池充电：OEM可配置下游端口支持电池充电，集线器的作用是向设备确认是否支持USB电池充电，实际充电所需的电流、功率FET或其他电路需由OEM外部提供。下游端口可配置为CDP、DCP或SDP模式，根据端口配置和操作模式表现不同。

  2. Flex Connect

  允许上游端口与下游物理端口1交换，可通过寄存器控制（USB2534设备）或引脚控制（USB2534PF设备）启用。在FlexConnect状态下，原上游端口可作为下游端口运行，若不需要此功能，可通过配置禁用物理端口1。

  3. 复位

  设备有电源上电复位（POR）、外部芯片复位（RESET_N）和USB总线复位三种芯片级复位源。不同的复位源会导致设备进入不同的状态，如Standby模式或执行特定的操作，如将PHY禁用、终止所有事务、将内部寄存器恢复到默认状态等。

  4. 链路电源管理（LPM）

  支持USB 2.0链路电源管理附录中的L0（开启）、L1（睡眠）和L2（挂起）链路电源管理状态，与传统的USB挂起/恢复相比，具有较低的过渡延迟。

  5. 远程唤醒指示器（SUSP_IND）

  该功能使用SUSP_IND作为边带信号，在挂起时唤醒主机。可通过HUB_RESUME_INHIBIT配置位启用或禁用，有正常恢复行为和修改后的恢复行为两种模式。

  6. 高速指示器（HS_IND）

  HS_IND引脚可用于驱动LED，其活动状态取决于CFG_SEL1的值，用于指示设备是高速连接还是全速连接。

九、操作特性

1. 绝对最大额定值

规定了设备的各种参数的绝对最大额定值，如电源电压、输入信号引脚的电压等，超过这些额定值可能会导致设备损坏。

2. 工作条件

包括电源电压范围、电源上升时间要求和环境工作温度范围等，确保设备在规定的条件下正常工作。

3. 功耗

详细介绍了设备在不同操作模式下的功耗情况，如运行/未配置模式和挂起/待机模式，为电源设计提供参考。

4. 封装热规格

提供了封装的热阻参数，可用于计算芯片的结温，帮助工程师进行散热设计。

5. DC和AC规格

规定了设备的直流和交流电气特性，如输入输出电平、时钟规格等，确保设备的电气性能符合要求。

十、总结

USB2534以其丰富的功能、灵活的配置选项和出色的性能，为嵌入式USB应用提供了强大的解决方案。无论是在电池充电支持、端口配置灵活性还是电源管理方面，都表现出色。电子工程师在设计嵌入式系统时，可以考虑使用USB2534来满足系统对USB集线器的需求。同时，在使用过程中，需要注意引脚配置、电源连接和操作条件等方面的要求，以确保设备的正常运行。你在实际项目中使用过类似的USB集线器控制器吗？遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。