ISL54210EVAL1Z评估板使用指南：轻松评测USB/Audio开关IC

在电子设计中，对新的芯片进行评估是非常重要的环节。今天，我们就来深入了解一下ISL54210EVAL1Z评估板，它专为快速简便地评估ISL54210 USB/Audio开关IC而设计。

文件下载：ISL54210EVAL1Z.pdf

评估板概述

ISL54210EVAL1Z评估板为评估ISL54210 USB/Audio开关IC提供了便捷的途径。ISL54210是一款独特的IC，要想正确使用该评估板，需要对IC的工作原理有深入的了解。通过查看器件的数据手册，研究其真值表和引脚图，能快速掌握该器件的工作原理。评估板的主视图如图1所示，ISL54210 TDFN IC焊接在评估板中央，标记为U1。

ISL54210 IC有三种工作模式：音频模式、USB模式和静音模式。评估板配备了标准的音频和USB连接器，方便用户与IC进行接口，评估其在不同模式下的功能、特性和性能。

评估板特性

1. 标准USB连接器：方便连接USB设备和主机。
2. RCA音频输入插孔和耳机扬声器插孔：可轻松连接音频源和耳机。
3. 便捷的测试点和连接：便于连接测试设备进行性能评估。

评估板架构与布局

基本布局

评估板的基本布局如下（参考图1）：

1. 电源和接地连接：位于评估板顶部（J10和J11）。
2. 逻辑控制连接：也在评估板顶部（J12和J13）。
3. 音频源输入：在评估板右下角（J3 - J6），音频输出在左下角（J7, J8, J9）。J7是标准耳机插孔，用于连接32Ω耳机。
4. USB连接：与上游主机控制器（计算机）的连接通过J1，位于评估板左侧下方；与下游USB设备的连接通过J2，位于评估板右侧下方。
5. ISL54210 IC：位于评估板中央（U1），评估板有引脚1的标记点，确保IC正确安装。

电源供应

通过香蕉插孔J10（VDD）和J11（GND）连接的直流电源为器件供电。IC正常工作需要2.7V至3.6V的直流电源，电源应能提供100µA的电流。

逻辑控制

ISL54210器件的状态由VBUS引脚和CTRL引脚的电压决定。这些逻辑引脚有内部4MΩ下拉电阻，可以悬空。

• CTRL引脚：通过香蕉插孔J12（CTRL）访问。
• VBUS引脚：当跳线JP3处于2 - 3位置时，通过香蕉插孔J13（VBUS）访问；当跳线JP3处于2 - 1位置时，通过USB J1（USB TO HOST）连接器的VBUS线访问。

不同的电压状态决定了器件的工作模式：

• 音频模式：如果VBUS悬空（J1连接器未连接USB主机控制器）且CTRL = 高（J12连接到J10），器件将处于音频模式。
• 静音模式：如果VBUS悬空且CTRL = 低或悬空，器件将处于静音模式。在静音模式下，所有开关打开，开关左右两侧的咔嗒声和爆音电路被激活。
• USB模式：如果VBUS比VDD高0.8V（J1 USB连接器连接计算机的VBUS线），器件将处于USB模式。在典型应用中，计算机/主机控制器的VBUS电压范围为4.4V至5.25V，VDD电压范围为2.7V至3.6V。

当计算机未连接到J1时，内部下拉电阻会将VBUS引脚拉低，根据CTRL引脚的状态，ISL54210将处于音频模式或静音模式。当USB电缆从计算机连接到J1时，VBUS引脚的电压将被拉高，器件将自动进入USB模式。当USB电缆从J1连接器断开时，VBUS引脚的电压将被下拉电阻拉低，根据CTRL引脚的状态返回音频模式或静音模式。

音频输入

评估板有两个音频输入，标记为AUDIO LEFT（J3或J5）和AUDIO RIGHT（J4或J6）。每个输入都有一个BNC连接器与RCA插孔连接器并联。可以将音频源/发生器连接到BNC连接器或RCA连接器。

在典型应用中，立体声源（如MP3播放器）的左右输出分别连接到RCA插孔J3和J4。在±1V（0.707V RMS）的信号范围内，这些开关的导通电阻变化极小。当向32Ω耳机扬声器负载提供15.6mW功率时，它们可以传输接地参考音频信号，失真极低（<0.05% THD+N）。3VP - P信号是可以接受的，但性能会下降。

音频通道通过100µF电容进行交流耦合。这些电容可以去除音频信号中的直流电压，并将其参考到器件的地。如果连接到评估板的音频源在其驱动器输出端已经有内部交流耦合电容，则应将评估板上的电容短路（用0Ω电阻替换），以防止由于评估板电容与音频源电容串联导致高通截止频率增加，从而进一步衰减音频信号的低频内容。

音频输出

评估板有一个标准耳机插孔，标记为HEADPHONE JACK（J7），应插入32Ω立体声耳机。

BNC连接器J8（COM -）与耳机插孔的音频左线和J1（USB To HOST）连接器的D - 线并联；BNC连接器J9（COM +）与耳机插孔的音频右线和J1（USB To DEVICE）连接器的D +线并联。这些BNC连接器可用于连接电阻负载和/或测试设备，以评估IC的性能。

USB连接

• USB TO HOST（J1）：位于评估板左侧下方的“B”型USB插座，应使用标准USB电缆连接到上游USB主机控制器（通常是PC计算机或集线器）。连接后，ISL54210器件将感应到主机控制器的VBUS电压，并进入USB模式，USB开关将打开。
• USB TO DEVICE（J2）：位于评估板右侧下方的“A”型USB插座，USB设备可以直接插入该插座或通过标准USB电缆连接。

在USB模式下，USB主机控制器和USB设备将通过IC的内部USB开关连接。与音频开关不同，USB开关是双向的，允许主机（计算机）和下游USB设备发送和接收数据。

在连接USB主机控制器到J1之前，必须从耳机插孔J7中取出耳机，以防止音频负载干扰USB信号传输。ISL54210器件的主要目的是允许在个人媒体播放器和其他便携式电池供电设备中使用通用的USB和音频耳机连接器。要么耳机插入通用连接器播放音乐，要么计算机的USB电缆插入通用连接器将数字数据（如音乐）传输到媒体播放器的内存中。

评估板组件定义

DESIGNATOR	DESCRIPTION
U1	ISL54210IRUZ IC
J1	“B” type USB Receptacle
J2	“A” type USB Receptacle
J3, J5	Left Stereo Audio Input
J4, J6	Right Stereo Audio Input
J7	Headphone Speaker Jack
J8	COM - BNC Connector
J9	COM + BNC Connector
J10	VDD Positive Connection
J11	VDD Negative Connection
J12	CTRL Logic Control
J13	V BUS Logic Control
J14	D - BNC Connector
J15	D + BNC Connector
JP1, JP2	D - /D + Differential Probe Connection
JP3	V BUS Pin Connector Selection Jumper Position 2 - 3 Control through J13 Jumper Position 2 - 1 Control through J1
JP4	Connect 4M  Pull - down Resistor to IN Pin

使用评估板

实验室设备

操作评估板所需的设备、外部电源和信号源如下：

1. +2.7V至3.6V直流电源
2. 立体声音频源（MP3/收音机/CD播放器）或音频发生器
3. 耳机组或音频分析仪/示波器
4. 两条标准高速USB电缆
5. 带USB端口的计算机
6. USB设备（如USB记忆棒、带USB端口的MP3播放器等）

初始板设置步骤

1. 将主评估板连接到直流电源，J10（VDD）接正极，J11（GND）接负极。电源应能提供2.7V至3.6V的电压和100µA的电流，将电源电压设置为3.3V。
2. 将立体声音频源的左声道连接到J3 RCA连接器或J5 BNC连接器，右声道连接到J4 RCA连接器或J6 BNC连接器。
3. 将USB设备连接到USB “B”型插座J2（USB TO DEVICE）。
4. 在JP3的2 - 1位置安装跳线，允许计算机的VBUS电压驱动IC的VBUS引脚。JP4不需要跳线。

音频模式操作

1. 将耳机插入耳机插孔J7，J1（USB TO HOST）连接器不应连接USB电缆。
2. 将J12（CTRL）连接到J10（VDD），此时进入音频模式（2.4Ω音频开关打开）。
3. 打开音频源，应该能在耳机中听到音乐。
4. 可以使用J8和J9 BNC连接器在示波器或音频分析仪上观察IC输出的音频信号，J8用于左音频，J9用于右音频。

USB模式操作

1. 关闭立体声音频源。
2. 从J7耳机插孔中取出耳机。
3. 将USB电缆从主机（PC计算机）连接到USB “A”型插座J1（USB TO HOST），此时进入USB模式（5.4Ω USB开关打开）。
4. 应该能够在主机和USB设备之间发送和接收数据。
5. 可以通过连接J8、J14、J9和J15 BNC连接器在示波器或其他测试设备上观察D - 和D + USB数字信号，J8/J14用于D - 信号，J9/J15用于D +信号。
6. 在评估高速USB信号的性能（如眼图等）时，移除0Ω电阻R1、R2、R3、R4。移除这些电阻可以将耳机插孔（J7）和BNC连接器（J8、J9、J14、J15）与USB差分线断开，这些组件连接时会降低USB信号质量，在实际应用中不会存在。

当从J1断开USB电缆时，IC将返回音频模式，此时可以将耳机插入耳机插孔，打开音频源再次播放音乐。

测试点

评估板有各种测试点，方便连接探头进行测量，测试点的说明如下表所示：	DESIGNATOR	DESCRIPTION
TP1	V DD test point
TP2	Ground Test Point
TP3	V BUS Test Point
TP4	Audio Left Input Test Point
TP5	Audio Right Input Test Point
JP1	D - /D + Differential Probe Connection - USB Device Side of Switch
JP2	D - /D + Differential Probe Connection - COM Side of Switch

通过以上介绍，相信大家对ISL54210EVAL1Z评估板有了更深入的了解。在实际使用过程中，大家可以根据具体需求进行操作和测试，遇到问题也可以随时参考数据手册和相关文档。你在使用类似评估板时有没有遇到过什么特别的问题呢？欢迎在评论区分享。