德州仪器TS3USB221/A/E高速USB 2.0开关评估模块解析

在电子设备设计中，高速USB接口的应用愈发广泛，而与之相关的开关器件性能对信号传输质量起着关键作用。德州仪器（TI）推出的TS3USB221/A/E高速USB 2.0（480 Mbps）1:2多路复用器/解复用器开关评估模块（EVM），为工程师们提供了一个全面评估该开关性能的平台。下面，我们就来详细了解一下这个评估模块。

文件下载：TS3USB221AEVM.pdf

评估模块概述

TS3USB221/A/E EVM是专门针对TI的1:2多路复用器/解复用器高带宽USB开关设计的评估模块。它专为高速USB 2.0信号设计，支持双向信号传输，带宽高达1.1 GHz。当与其他USB设备连接时，该开关能使信号以最小的边缘和相位失真以及极少的信号衰减通过，确保了信号的高质量传输。

该评估模块旨在展示使用TS3USB221/A/E USB开关设计时可实现的小尺寸印刷电路板（PCB）面积。它由USB输入的5V电源轨供电，同时，TS3USB221/A/E还提供输出使能输入和输出选择输入，方便灵活配置USB接口。

硬件操作所需物品

必备物品

• TS3USB221/A/E EVM：评估的核心模块。
• USB电缆：其连接器类型需根据周围系统而定。

可选物品

• USB A型或B型连接器：可更换EVM上的J1 - J5连接器，以实现最佳系统接口配置。
• 具备USB 2.0端口的IBM兼容PC：用于快速启动评估。

快速启动评估步骤

1. 连接PC：使用USB电缆将PC连接到USB连接器J3。
2. 启用3.3V LDO输出：打开J8（不使用跳线）。
3. 启用TS3USB221/A/E IC：使用跳线短接J7。
4. 连接下游设备：将两个USB下游设备（如鼠标、键盘、USB记忆棒等）连接到EVM上的J4和J5。
5. 选择下游设备：若要选择连接到J4的USB下游设备1，使用跳线短接J6；若要选择连接到J5的USB下游设备2，则打开J6（不使用跳线）。
6. 参考路径：连接器J1和J2直接相连，不经过USB开关，此直通路径可作为与TS3USB221/A/E路径进行比较的参考。

EVM配置与描述

设计特点

为符合USB 2.0规范，板上的差分走线D+和D-线的阻抗匹配为90Ω差分阻抗。同时，直通路径和通过TS3USB221/A/E开关的走线长度也进行了匹配，以便进行比较。该PCB是一个简单的四层顶层布线板。

跳线配置（J6 - J8）

EVM上的J6 - J8跳线用于为TS3USB221/A/E和3.3V LDO提供配置。具体功能如下：	跳线	功能	配置
J6	TS3USB221/A/E输出通道选择	短接J6选择输出1；打开J6选择输出2
J7	TS3USB221/A/E使能控制	短接J7启用开关；打开J7禁用开关
J8	3.3V LDO使能控制	短接J8禁用LDO；打开J8启用LDO

连接器配置

EVM提供了J1 - J5 USB连接器，用于与其他USB设备接口。根据应用需求，这些连接器可以拆卸并更换为A型或B型连接器。默认连接器配置如下：	连接器	功能	配置
J1	USB连接器	默认B型连接器，可更换为A型
J2	USB连接器	默认A型连接器，可更换为B型
J3	USB连接器	默认B型连接器，可更换为A型
J4	USB连接器	默认B型连接器，可更换为A型
J5	USB连接器	默认B型连接器，可更换为A型

电路板层叠结构

子类名称	类型	厚度（密耳）	介电常数	损耗角正切	屏蔽宽度（密耳）	阻抗（Ω）	耦合类型	间距（密耳）	差分阻抗（Ω）
表面层	-	-	-	-	-	-	-	-	-
顶层导体	-	2.4	1	0	7.5	47.72	边缘耦合	7.5	85.004
电介质	-	4	4.1	0.035	-	-	-	-	-
接地平面	-	1.2	1	0	是	-	-	-	-
电介质	-	48	4.1	0.035	-	-	-	-	-
VCC平面	-	1.2	1	0	是	-	-	-	-
电介质	-	4	4.1	0.035	7.5	47.72	边缘耦合	7.5	85.004
底层导体	-	2.4	1	0	-	-	-	-	-
表面层	-	-	-	-	-	-	-	-	-

物料清单

数量	参考编号	值	描述	尺寸	零件编号	制造商
2	J1, J3	-	USB连接器（A型）	-	AU - Y1005	Assmann Electronics Inc
3	J2, J4, J5	-	USB连接器（B型）	-	67068 - 9000	Molex / Waldom Electronics
3	J6, J7, J8	-	2x1引脚、100密耳间距的插头	100密耳x100密耳	PEC36SAAN	Sullins Connector Solutions
2	C1, C4	1.0 μF	陶瓷电容器，1.0uF，X7R，10%	805标准	-	-
1	C2	10 nF	陶瓷电容器，10nF，X7R，10%	805标准	-	-
1	C3	2.2 μF	陶瓷电容器，2.2uF，X7R，10%	805标准	-	-
2	R1, R2	10 kΩ	贴片电阻，10kΩ，1/8W，5%	805标准	-	-
1	R3	100 kΩ	贴片电阻，100kΩ，1/8W，5%	805标准	-	-
1	U1	-	TS3USB221/A/E IC，高速1:2 USB开关	-	TS3USB221RSER/ TS3USB221xRSER	TI
1	U2	-	LP2985 - 33 IC，150mA LDO稳压器	SOT23 - 5	LP2985 - 33DBV	TI

相关文档

在进行评估和设计时，可参考以下文档：

• TS3USB221高速USB 2.0（480Mbps）1:2多路复用器/解复用器开关（单使能）数据手册（SCDS220F）
• TS3USB221A ESD保护高速USB 2.0（480Mbps）1:2多路复用器/解复用器开关（单使能）数据手册（SCDS277）
• TS3USB221E高速USB 2.0（480Mbps）1:2多路复用器/解复用器开关（单使能和IEC 3级ESD保护）数据手册（SCDS263）
• USB 2.0电路板设计和布局指南应用报告（SPRAAR7）
• 高速USB平台设计指南（Intel，2000），链接
• USB 2.0规范（Intel，2000），链接

通过对TS3USB221/A/E EVM的详细了解，工程师们可以更好地评估该开关的性能，为实际的USB接口设计提供有力支持。大家在使用这个评估模块的过程中，有没有遇到什么特别的问题或者有什么独特的经验呢？欢迎在评论区分享交流。