深入了解 ISL54220IRUEVAL1Z 评估板：评估 USB 开关 IC 的理想之选

在 USB 设备的设计与开发过程中，对 USB 开关 IC 的性能评估至关重要。今天，咱们就一起来深入了解一下 ISL54220IRUEVAL1Z 评估板，看看它是如何助力我们对 ISL54220 USB 开关 IC 进行评估的。

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评估板概述

ISL54220IRUEVAL1Z 评估板为评估 ISL54220 USB 开关 IC 提供了一种快速简便的方法。ISL54220 是一款独特的 IC，要想正确使用该评估板，需要深入了解该 IC 的工作原理。 评估板上焊接有 ISL54220 µTQFN IC，位于板子的中心位置，标记为 U1。它还配备了 USB 连接器，方便用户连接到 IC 并评估其功能、特性和性能。比如，在板子正确供电和配置的情况下，我们可以通过控制逻辑引脚 SE 和 (overline{OE})，在连接到单个 USB 主机（计算机）时，在两个高速 USB 设备之间进行切换。

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评估板特点

• 标准 USB 连接器：方便与各种 USB 设备进行连接。
• 标准香蕉插孔：用于电源、接地、VBUS 和逻辑连接，便于进行电气连接和信号传输。
• 跳线设计：允许设备通过主机控制器供电，增加了供电方式的灵活性。
• 便捷的测试点和连接：方便连接测试设备，便于对评估板进行测试和调试。

评估板架构与布局

基本布局

• 电源和接地连接：位于板子顶部的香蕉插孔（J1 和 J2）。
• 逻辑连接：SEL 和 (overline{OE}) 逻辑连接位于板子顶部的香蕉插孔（J4 和 J3）。
• USB 连接：与上游主机控制器（计算机）的 USB 连接在 J5，位于板子左侧；与下游 USB 设备的连接在 J6 和 J7，位于板子右侧。
• VBUS 电压：USB 设备的 VBUS 电压通过香蕉插孔 J8 和 J9 提供，也可以通过跳线 JP4 和 JP5 连接到主机控制器的 VBUS。
• IC 位置：ISL54220 IC（U1）位于板子中心，评估板上有引脚 1 的标记，用于指示 IC 的正确安装方向。

电源供应

• IC 电源：通过香蕉插孔 J1（VDD）和 J2（GND）连接直流电源，IC 需要 2.7VDC 至 5.5VDC 的电源供应，电源应能提供 100µA 的电流。
• VBUS 电源：通过香蕉插孔 J8（VBUSCH1）和 J9（VBUSCH2）连接直流电源，USB 设备需要 4.4V 至 5.25V 的直流电源供应，电源应能提供 100µA 的电流。也可以通过在 JP4 或 JP5 安装跳线，从 USB 主机控制器获取 VBUS 电压。

逻辑控制

ISL54220 设备的状态由 SEL 引脚和 (overline{OE}) 引脚的电压决定。通过香蕉插孔 J4（SEL）访问 SEL 引脚，通过香蕉插孔 J3（(overline{OE})）访问 (overline{OE}) 引脚。不同的引脚电压组合可以控制不同的高速通道开关状态，从而实现 USB 设备与计算机之间的数据传输。

USB 连接

• USB 主机连接：板子左侧的 “B” 型 USB 插座（J5）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。
• USB 设备连接：板子右侧的 “A” 型 USB 插座（J6 和 J7）可以直接插入 USB 设备或通过标准 USB 电缆连接。USB 开关是双向的，允许主机（计算机）和下游 USB 设备进行数据的收发。

高速开关

四个 HSx 开关（HSD1 -、HSD1 +、HSD2 -、HSD2 +）是双向开关，能够通过轨到轨信号。在 3.3V 电源供电时，这些开关在 0V 至 400mV 的信号范围内具有 6Ω 的标称导通电阻 (r{ON})，(r{ON}) 平坦度为 0.94Ω，HSDx - 和 HSDx + 开关之间的 (r_{ON}) 匹配仅为 0.117Ω，确保了对 USB 高速信号转换的影响最小。随着信号电平的增加，开关电阻也会增加。这些开关专门设计用于通过 USB 2.0 高速（480Mbps）差分信号，具有低电容和高带宽，能够以最小的边缘和相位失真通过 USB 高速信号，满足 USB 2.0 高速信号质量规范，也能通过 USB 全速信号（12Mbps），并满足 USB 2.0 全速信令的所有要求。此外，ISL54220 还具有特殊的故障保护电路，当 USB 5.25V VBUS 电压短路到一个或两个 D - /D + 引脚时，能够防止对 ISL54220 部件造成损坏。

使用评估板

所需设备

• +3.3V 至 +5V 直流电源
• +5V 直流电源
• 两个高速 USB 设备（如 USB 记忆棒、MP3 播放器等）
• 带有 2.0 高速 USB 端口的计算机
• 标准 USB 电缆
• 逻辑控制器

初始设置步骤

1. 将主评估板连接到直流电源，J1（VDD）接正极，J2（GND）接负极，电源应能提供 2.7V 至 5V 的电压和 100µA 的电流，将电源电压设置为 3.3V。
2. 在 J8（VBUSHCH1）和 J9（VBUSCH2）连接直流电源，J8 和 J9 接正极，J2（GND）接负极，电源应能提供 5V 的电压和 100mA 的电流，将电源电压设置为 5V。
3. 在 USB 连接器 J6 和 J7 分别连接一个高速 USB 设备。
4. 将 (overline{OE}) 控制引脚驱动为高电平，打开 ISL54220 IC 的所有开关。
5. 使用 USB 电缆将主机（PC 计算机）连接到 USB “B” 型插座 J5。

高速通道操作

• 高速通道 1 操作：将 SEL 引脚设置为低电平，(overline{OE}) 引脚设置为低电平，此时应能够在计算机和连接在 J6 的 USB 设备 1 之间进行数据收发。若要断开 USB 设备 1 与计算机的连接，将 (overline{OE}) 引脚设置为高电平。
• 高速通道 2 操作：将 SEL 引脚设置为高电平，(overline{OE}) 引脚设置为低电平，此时应能够在计算机和连接在 J7 的 USB 设备 2 之间进行数据收发。

测试点

评估板上有各种测试点，方便连接探头进行测量，例如：	标记	描述
TP1	Vpp 测试点
TP2	接地测试点
TP3	(overline{OE}) 测试点
TP5	SEL 测试点
TP6	来自连接器 J5 引脚 1 的 VBus 测试点
JP1	D - /D + 差分探头连接 - 开关的 COM 侧
JP2	D - /D + 差分探头连接 - 设备 1 侧的开关
JP3	D - /D + 差分探头连接 - 设备 2 侧的开关

通过在 JP2、JP3 和 JP1 连接差分探头，我们可以在示波器或其他测试设备上观察高速通道 1、高速通道 2 和开关 COM 侧的 D - 和 D + USB 信号。

大家在使用 ISL54220IRUEVAL1Z 评估板时，有没有遇到过什么有趣的问题或者有什么独特的使用经验呢？欢迎在评论区分享交流。