深入剖析Microchip EVB - USB4715评估套件

在电子设计领域，一款优秀的评估套件对于工程师来说至关重要，它能帮助我们快速了解和评估新的芯片或技术。今天，我们就来深入探讨Microchip的EVB - USB4715评估套件。

文件下载：EVB-USB4715.pdf

一、产品概述

EVB - USB4715是一款专为评估USB4715 4端口高速USB智能集线器而设计的演示和评估平台。它基于4层符合RoHS标准的印刷电路板（PCB），为用户提供了必要的要求和接口选项，有助于用户理解产品并加速USB4715在设计中的集成。

（一）特点

1. 技术优势：采用了Microchip的PortSwap、PHYBoost™和VariSense™等先进技术。
2. 高兼容性：USB4715采用48引脚QFN RoHS兼容封装，完全符合USB 2.0标准，支持高速（HS）、全速（FS）和低速（LS）操作，且USB引脚具有5V耐压能力。
3. 端口配置：拥有一个USB 2.0微型AB上游端口和四个下游端口，其中包括两个Type - C USB 2.0下游端口和两个Type - A USB 2.0下游端口。所有下游端口都支持单独的端口电源和过流检测，并且可以通过电池充电选择分流器J1和J20启用电池充电功能（BC1.2或SE1，每个端口最大2.1A）。
4. 电源管理：该套件支持自供电操作，通过一个+12.0V稳压的外部电源供电。板载有一个10A的+5.2V稳压器和一个0.5A的+3.3V稳压器，为设备提供稳定的电源。
5. 固件支持：板载SPI闪存，可用于外部下载固件，并且支持通过SMBus或外部16 - Mbit SPI闪存设备进行自定义配置。
6. LED指示：配备了多种LED指示灯，包括端口电源指示灯、端口连接指示灯、SPI闪存活动蓝色指示灯、复位红色指示灯和3.3V电源绿色指示灯等，方便用户实时了解设备状态。
7. 接口丰富：提供了终端块连接器和桶形连接器，可分别用于连接外部工作台电源和Microchip 12V电源。同时，还具备桥接外设功能，如USB - 到 - UART（CDC）、USB - 到 - (I^{2}S)音频编解码器、USB - 到 - SMBus和USB - 到 - SPI等。

（二）参考资料

在使用过程中，我们可以参考以下资料：

• Microchip的USB4715数据手册（DS00002514A）。
• USB - IF的电池充电规范（修订版1.2，2010年12月7日）。
• USB - IF的Type - C电缆和连接器规范（修订版1.1，2015年4月3日）。

（三）相关定义

为了更好地理解产品，我们需要了解一些相关的定义：

• BC1.2：最新的USB - IF指定的USB电池充电标准。
• CDP：充电下游端口，是一种符合BC1.2标准的端口，允许同时进行USB数据传输和充电。
• DCP：专用充电端口，仅支持USB充电，不支持数据传输。
• DFP：下游端口。
• EVB：评估板。
• HS：USB 2.0高速。
• OTP：一次性可编程存储器。
• SDP：标准下游端口，不具备高电流电池充电能力。
• SE1：一种非USB兼容的电池充电类型，通过将USB D + / D - 设置为特定的直流电压来传达充电能力。
• Type - C：可逆USB连接器。
• UFP：上游端口。
• USB - IF：USB集成商论坛，负责制定USB规范。

二、快速上手

（一）套件内容

EVB - USB4715评估套件包含以下基本设备：

1. EVB - USB4715评估板。
2. 12V电源。
3. A到微型B的USB电缆。

（二）快速启动步骤

1. 将随附的12V电源连接到EVB - USB4715的桶形连接器（J11）。
2. 使用USB Type - A插头到USB微型B插头的电缆，通过上游“端口0”的USB微型B插座（J4）将EVB - USB4715连接到USB主机。
3. 现在可以将设备连接到任何下游端口，以便与USB主机进行枚举和使用。
4. 将分流器连接到跳线“VBUS_DET”（J4）。
5. 将“ON/OFF”开关（SW2）滑到“ON”位置。
6. 可以通过在USB主机上启动MPLAB Connect软件或操作硬件配置选项来进行额外的配置或评估特定功能。

三、硬件配置

（一）配置选项

1. 外部SPI闪存

上电时，USB4715首先会查找外部SPI ROM设备和闪存中的有效签名。如果找到，将启用外部ROM并从外部SPI ROM设备启动代码执行。要选择SPI设备，需安装分流器短接J18，并将J1的引脚2 - 3和5 - 6安装分流器。当代码从SPI ROM设备执行时，蓝色LED（D18）将亮起。需要注意的是，如果SPI闪存未正确编程或签名无效，即使选择了SPI ROM，USB4715也将恢复到内部默认设置。

2. SMBus2

如果未找到SPI闪存设备，固件将检查SMBus2是否启用。要选择SMBus2配置，需断开J18以断开SPI ROM，并通过将J2的引脚9 - 10分流来选择CFG_STRAP头的CONFIG5选项。连接SMBus2上拉电阻，将分流器连接到J15引脚1 - 2。SMBus2信号可以在J14的引脚1和3访问（引脚2为接地）。如果选择了CONFIG5并启用了SMBus2（即SMBus2时钟和数据被上拉），USB4715将无限期等待来自SMBus2接口的数据，直到发送特殊的USB_ATTACH命令才会枚举到USB主机。

3. 带绑带选项的内部默认配置

当USB4715上电时未检测到有效的SPI闪存图像或SMBus2配置，它将使用内部默认寄存器设置，并从内部ROM代码中设置供应商ID、产品ID、语言ID和设备ID等附加设置。如果未通过SPI或SMBus2进行配置，可以通过两个硬件绑带CFG_BC_EN和CFG_NON - REM进行额外配置。这些绑带通过选择每个引脚的六个电阻值之一来配置，EVB - USB4715展示了CFG_BC_EN和CFG_NON - REM的六个可能电阻值中的两个。在上电时，USB4715设备会读取这些绑带以确定设备的默认配置。

（二）电源

EVB - USB4715仅支持自供电操作，通过一个+12.0V稳压的外部电源供电。电源插头插入板上的2.5mm连接器J11，也可以通过螺丝端子TERM_BLOCK_2P（J12）提供外部电压。+12.0V电源为一个10A稳压器供电，该稳压器输出+5.2V给板上的设备，并为+3.3V稳压器供电。需要注意的是，所提供的12.0V外部电源无法支持所有下游端口同时进行电池充电。如果所需的测试用例超出了电源的供电能力，应使用更高功率的电源，否则可能会损坏12.0V外部电源。

（三）下游端口电源控制

四个下游端口的USB电源通过具有自动放电功能的端口电源控制器进行控制。两个下游Type - C端口最多可支持3A的USB Type - C电池充电，下游端口1默认配置为3A充电。两个下游USB Type - A端口最多可支持2.1A的USB电池充电。

（四）USB Type - C端口

EVB - USB4715有两个Type - C端口，它们是USB 2.0高速端口。这些端口使用Microchip UPD360 Type - C端口控制器来检测USB Type - C的连接和插头方向。UPD360通过监测USB Type - C CC线上的电压来检测USB Type - C连接事件。下游端口1和2默认配置为3A操作。

（五）LED指示灯

EVB - USB4715上的LED指示灯可以帮助我们了解设备的状态，具体如下：	REF. DES.	LABEL	DESCRIPTION
D1	“C’nct3”	PORT3已连接（枚举）
D2	“C’nct2”	PORT2已连接（枚举）
D3	“C’nct1”	PORT1已连接（枚举）
D4	“C’nct4”	PORT4已连接（枚举）
D5	“RESET”	RST_N信号被断言
D6	“PORT0 VBUS”	当上游PORT0 VBUS存在5V时亮起
D7	“PORT3 VBUS”	当上游PORT3 VBUS存在5V时亮起
D8	“PORT4 VBUS”	当上游PORT4 VBUS存在5V时亮起
D9	“PORT1 VBUS”	当上游PORT1 VBUS存在5V时亮起
D11	“ATTACH1”	当PORT1上的CC信号检测到设备时亮起
D12	“PORT2 VBUS”	当上游PORT2 VBUS存在5V时亮起
D14	“ATTACH2”	当PORT2上的CC信号检测到设备时亮起
D17	“3V3”	指示3.3V电压稳压器输出3.3V
D18	“SPI Flash Active”	指示SPI闪存内存活动

（六）开关

EVB - USB4715上的开关功能如下：	REF. DES.	LABEL	DESCRIPTION
SW1	“RESET”	瞬时按钮开关，用于断言RST_N
SW2	“ON/OFF”	连接或断开12VDC电源
SW3	“OSC/I2S”	选择音频编解码器的时钟源，默认选择I2S

（七）连接器

EVB - USB4715上的连接器功能丰富，具体描述如下：	REF. DES.	TYPE	LABEL	DESCRIPTION
J1	2x3 Header	“SPI_DI/CFG_BC_EN”	选择SPI内存功能和BC/NON_REM功能之间的切换。对于SPI，连接引脚2 - 3、5 - 6；对于BC，连接引脚4 - 5；对于NON_REM，连接引脚1 - 2
J2	2x6 Header	“CFG_STRAP1”	如果未检测到有效的SPI内存图像，则选择EVB - USB4715的CONFIGx配置模式。CONFIG1：I2S；CONFIG2：UART，GPIO 4 - 6；CONFIG3：CONN_INDx；CONFIG4：（保留）；CONFIG5：UART，GPIO 4 - 7，SMBus2；CONFIG6：I2S，GPIO 7
J3	2x1 Header	“Ext.Reset”	用于连接外部复位开关
J4	USB2 Micro - AB Connector	“PORT0”	上游USB2连接
J5	1x2 Header	“VBUS_DET”	将主机的VBUS连接到VBUS_DET
J7	USB2 Type - A Connector	“PORT3”	下游端口3的USB连接
J8	USB2 Type - A Connector	“PORT4”	下游端口4的USB连接
J9	USB Type - C Connector	“PORT1”	下游端口1的连接
J10	USB Type - C Connector	“PORT2”	下游端口2的连接
J11	Barrel Jack	“12VDC”	12 VDC电源连接（中心引脚为正极）
J12	2 - pin terminal block		替代的12 VDC电源连接，引脚1为正极
J13	Audio Jack, 3.5mm	“AUX IN”	I2S编解码器的音频输入
J14	2x2 Header	“SMB2”	SMBus2（从机）的连接
J15	1x2 Header	“SMB2 PU”	连接SMBus2的上拉电阻
J16	2x3 Header	“SMB1/SMB2”	选择SMBus1或SMBus2连接到EEPROM。如果未使用EEPROM，则无连接
J17	2x2 Header	“SMB1”	SMBus1（主机，桥接）的连接
J18	1x2 Header	“HOLD”	当短路时，禁用SPI内存
J19	1x2 Header	“SMB1 PU”	连接SMBus1的上拉电阻
J20	1x2 Header	“Battery Charging Select”	见电池充电选项表
J21	1x2 Header	“Non - Removable Select”	见非可移动端口选项表
J22	Audio Jack, 3.5mm	“AUDIO OUT”	I2S的音频输出
J23	1x1 Header	“GND”	接地
J24	1x1 Header	“GND”	接地
J25	2x2 Header	“SMB - 1961‘”	音频编解码器的SMB1连接

（八）测试点

EVB - USB4715上的测试点可以帮助我们进行电路测试，具体描述如下：	REF. DES.	TYPE	DESCRIPTION
TP1	Test Pad	PRT_CTL_GANG
TP6	Test Pad	PORT1 CC1
TP7	Test Pad	PORT1 CC2
TP8	Test Pad	PRTCTL1
TP9	Test Pad	PORT2 CC1
TP10	Test Pad	PORT2 CC2
TP11	Test Pad	PRTCTL2
TP12	Test Loop (Orange)	3.3V稳压器输出
TP13	Test Pad	音频编解码器LOUTP
TP14	Test Pad	音频编解码器LOUTN
TP15	Test Pad	音频编解码器ROUTP
TP16	Test Pad	音频编解码器ROUTN
TP17	Test Pad	音频编解码器振荡器输出使能
TP18	Test Loop (Red)	5V稳压器输出，标称值为5.2V
TP19	Test Loop (Black)	接地
TP20	Test Loop (Black)	接地
TP21	Test Loop (Black)	接地

四、附录资料

（一）原理图

附录A包含了EVB - USB4715的原理图，通过原理图我们可以详细了解电路的连接和设计。

（二）物料清单（BOM）

附录B展示了EVB - USB4715评估套件的物料清单，包括各种电容、电阻、二极管、连接器、集成电路等元件的详细信息，如制造商、型号等。

（三）PCB丝印图

附录C展示了EVB - USB4715的顶部和底部丝印图像，这对于我们了解电路板的布局和元件位置非常有帮助。

五、总结

Microchip的EVB - USB4715评估套件为电子工程师提供了一个全面的平台，用于评估USB4715芯片的功能和性能。通过丰富的接口、灵活的配置选项和详细的文档支持，工程师可以快速上手并深入了解产品。在实际应用中，我们可以根据具体需求对套件进行配置和优化，以满足不同的设计要求。同时，在使用过程中，我们要注意电源的选择和使用，避免因电源问题导致设备损坏。大家在使用这款评估套件时，有没有遇到什么有趣的问题或者独特的应用场景呢？欢迎在评论区分享交流。