TUSB6250 演示板：从设计到应用的全方位解析

在电子工程师的日常工作中，一款优秀的演示板往往能为设计和开发带来极大的便利。今天，我们就来深入探讨一下 Texas Instruments 的 TUSB6250 演示板，从它的基本特性、硬件设计、功能实现到固件编程，全方位剖析这款演示板的魅力。

文件下载：TUSB6250DEMO.pdf

一、TUSB6250 演示板简介

TUSB6250 演示板是一款独立的参考设计，它就像一座桥梁，连接了高速 USB（PC 或 Mac）和 ATA/ATAPI 设备。其主要用途包括评估系统兼容性，以及开发存储在外部 (I^{2} C) 内存中的固件，这些固件由 TUSB6250 嵌入式微控制器执行。同时，它还为连接 ATA/ATAPI 设备（如硬盘驱动器、ZIP 驱动器、磁光驱动器等）提供了硬件参考设计。

特性亮点

1. 高速接口：配备一个 B 型高速 USB 端口连接器，支持高速 USB（HS，480 Mb/s）和全速 USB（FS，12 Mb/s）。
2. 丰富连接：40 针 ATA/ATAPI 头连接器，可使用适配器进行 44 针连接。
3. 数据存储：拥有 32K × 8 的串行 (I^{2} C) EEPROM。
4. 灵活扩展：提供 16 个 GPIO 接口，可用于可选功能。

二、硬件设计与安装

硬件概述

TUSB6250 演示板的硬件可分为四个功能区域：

1. 高速 USB 接口：通过高速 USB 端口连接到 PC 或 Mac，由集成的 HS/FS PHY 设备控制。
2. ATA/ATAPI 连接：40 针 ATA/ATAPI 头连接器，TUSB6250 作为 ATA/ATAPI 驱动器与 PC 或 Mac 之间的桥梁。
3. 数据存储模块：32K 字节的串行 (I^{2} C) 串行 EEPROM。

硬件安装步骤

安装演示板需要以下部件：高速 USB 电缆、ATA/ATAPI 设备、ATA/66 带状电缆、ATA/ATAPI 设备的电源以及带有 USB 主机控制器的 PC 或 Mac。具体安装步骤如下：

1. 确保 ATA/ATAPI 设备电源关闭。
2. 连接带状电缆，注意识别引脚 1。
3. 连接 ATA/ATAPI 设备的电源。
4. 如果需要使暂停 LED 工作，配置演示板的可选跳线。
5. 连接高速 USB 电缆到 PC 或 Mac。

需要注意的是，使用暂停 LED 会消耗 2 mA 的电流，在进行板电流测量时，建议移除 LED 跳线。

三、演示板功能实现

1. 电源生成

演示板使用 TPS77633D 将 5 V 转换为 3.3 V。具体选择哪种 LDO 或开关稳压器，需要根据成本和应用需求来决定。

2. 复位电路

推荐上电复位（POR）时间至少为 1 ms。演示板的复位电路（R57: 15 kΩ 和 C14: 1 µF）时间常数为 15 ms，POR 超过 1.5 ms。

3. 支持电路

TUSB6250 设备的 11 号端子上的带隙参考电阻 R74 必须为 5.9 kΩ，公差为 1%。

4. (I^{2} C) 串行 EEPROM

(I^{2} C) 串行 EEPROM（U5）是 Microchip Technology Inc. 的 24LC256 32K × 8（256K 位）。TUSB6250 设备的 (I^{2} C) 接口（21 号端子 SCL 和 22 号端子 SDA）通过 R87 和 R88 上拉。需要注意的是，TUSB6250 的 (I^{2} C) 实现不支持主/从总线仲裁。

5. GPIO 访问

在 AP1 位置提供 16 个通用输入/输出信号，可用于可选功能。具体信号和用途可参考 TUSB6250 数据手册（SLLS535）。

6. EMI/ESD 保护（可选）

如果需要，可以使用 TDK ACM2012 - 900 - 2P 或 Murata DLW21SN900SQ2 进行 EMI 保护；使用 Pulse - Guard 放电二极管进行 ESD 保护。不过，TI 的 ESD 测试中心确定 TUSB6250 演示板设计不需要额外的 ESD 保护，该演示板符合 CE 标志 8 - kV ESD 测试以及工业 16 - kV 水平。

四、固件编程指南

TUSB6250 设备需要一个 EEPROM 来存储固件，设备上电时读取该 EEPROM 中的代码并在内部 RAM 中执行。基于 TUSB6250 的存储设备可以通过 USB 总线升级固件，这一功能需要固件版本 00.00.01.10.x 或更高版本，并且需要相应的驱动程序。

编程步骤

1. 运行安装可执行文件，安装应用程序和驱动程序。
2. 将设备插入主机 PC，首次打开应用程序时会出现警告信息，根据设备类型进行相应操作。
3. 从下拉列表中选择设备，选择合适的十六进制文件并点击“Program”。
4. 设备会从 USB 总线断开并重新连接，加载特殊驱动程序。
5. 应用程序开始发送数据（固件），进度条显示更新进度。
6. 更新完成后，固件再次从 USB 总线断开，关闭应用程序后，需要断开设备电源使更改生效。

五、其他重要信息

1. 物料清单

附录 A 提供了 TUSB6250 演示板的物料清单，包括各种电容、电阻、连接器等元件的详细信息。

2. 电源调节器建议

附录 B 介绍了三种建议的电源调节器：TPS76633 线性 LDO、TPS77633 线性 LDO 和 TPS62007 开关稳压器。不同的调节器适用于不同的应用场景，需要根据实际需求进行选择。

3. 原理图

附录 C 包含了 TUSB6250 演示板的原理图，为工程师进行电路分析和设计提供了重要参考。

4. 演示板版本修订

附录 D 介绍了 TUSB6250 演示板的多个版本，包括绿色、蓝色、红色、黄色和石灰色版本。每个版本在接地、信号阻抗、ESD 保护等方面存在差异，工程师在使用时需要根据具体情况进行选择。

5. 暂停电流测量程序

附录 E 详细说明了测量 USB 暂停电流的程序，对于需要进行功耗优化的设计非常有帮助。

通过对 TUSB6250 演示板的全面了解，我们可以看到它在连接高速 USB 和 ATA/ATAPI 设备方面的强大功能和灵活性。无论是系统兼容性评估还是固件开发，这款演示板都能为电子工程师提供有力的支持。你在使用类似演示板时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。