Texas Instruments TUSB8020BPHP REVA评估模块使用指南

一、引言

在当今的电子设备中，USB接口的应用极为广泛。而Texas Instruments的TUSB8020BPHP REVA评估模块就是一款集USB 3.0和USB 2.0集线器功能于一体的设备。它不仅能支持SuperSpeed（SS）和USB 2.0（HS、FS、LS）操作，还能用于评估系统兼容性、开发可选EEPROM固件以及验证互操作性等。今天咱们就来深入了解一下这个评估模块。

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由于网络问题，暂时未能获取到TUSB8020BPHP REVA评估模块应用场景的相关内容，不过在正文里我们依旧可以从模块自身特点推测它可能适用之处。下面咱们就先来看看这个评估模块的硬件情况。

二、硬件概述

1. TUSB8020BPHP芯片

TUSB8020B芯片在评估模块中起着关键的连接作用，它能实现上游USB主机或集线器与最多两个直接连接的下游设备或集线器之间的功能互连。如果采用分层排列的方式，还能支持更多的设备和集线器。该芯片支持USB SuperSpeed（SS）、High - Speed（HS）、Full Speed（FS）或Low Speed（LS）多种速度模式。一般来说，其上游连接的速度会限制下游连接的速度为其相同或更低。

在时钟方面，TUSB8020B需要一个24 - MHz低ESR晶体Y1，并搭配一个1 - MΩ反馈电阻。晶体应处于基模，负载电容在12 pF - 24 pF之间，频率稳定性评级为±100 PPM或更好。为保证正常启动振荡，建议晶体等效串联电阻（ESR）最大为50 Ω。当然，它也可以使用振荡器或其他时钟源，不过外部时钟源的频率稳定性要达到±100 PPM（或更好），并且在应用USB 3.0抖动传递函数后，绝对峰 - 峰值抖动要小于50 ps（或小于25 ps）。大家在实际设计中，会优先选择晶体还是振荡器呢？

2. USB端口连接器

评估模块配备了三个标准的九针USB 3.0端口连接器。其中J3是Type B连接器，用于与上游USB主机或集线器连接；J1和J4是Type A连接器，用于连接下游设备或集线器。设计中使用的是标准尺寸连接器，但如果有需求，也可以使用USB微型连接器。要是不需要SuperSpeed操作，还能在一个或多个下游端口上实现传统USB连接器。

2.1 USB端口连接器 - 电源

VBUS从J3的上游主机或集线器获取。TUSB8020B被配置为自供电集线器，所以评估模块从VBUS吸取的电流并不显著。不过，TUSB8020B会通过一个由90.9 - kΩ、1%电阻R9和10 - kΩ、1%电阻R10组成的电阻分压器网络对VBUS输入进行监测。同时，为符合USB规范，上游端口VBUS输入需要至少1 μF的大容量电容器，评估模块使用的是10 - μF电容器C8。

2.2 USB端口连接器 – 噪声过滤

每个下游VBUS输出都有一个150 - μF的大容量电容器（C49、C51），这是根据TPS2561数据手册（SLVS930）的建议设置的，目的是防止下游设备出现浪涌电流事件。此外，VBUS线路上还有铁氧体磁珠和小电容器，用于降低噪声并解决ESD/EMI问题。

3. 可选串行EEPROM

评估模块上配备了一个板载EEPROM/插座占位符U1。可以安装一个小型I2C EEPROM来设置TUSB8020B数据手册（SLLSEF6）中定义的配置寄存器。默认情况下，评估模块没有安装EEPROM，而是使用配置输入来确定TUSB8020B的任何可选设置。EEPROM接口默认是可编程的（非写保护），这样可以修改已安装EEPROM的内容以测试各种设置。若需要更改EEPROM数据，可以使用TUSB8020B数据手册中概述的寄存器访问方法，也可以申请获取基于Microsoft® Windows®的EEPROM实用程序。大家在实际使用中，会经常修改EEPROM内容吗？

4. 电源

评估模块由一个5 - V的壁式电源适配器J5供电，而不是由USB主机提供的总线电源。TI建议使用能够提供2 A到3 A电流的壁式电源适配器，因为集线器必须能够为其下游端口提供大量功率（每个端口900 mA）。评估模块使用单通道LDO稳压器将5 V降至3.3 V，采用的是TPS7A4533（U4），这是一个1.5 - A输出的线性稳压器（SLVS720）。TUSB8020B所需的1.1 - V核心电压由3.3 - V轨提供，以减少不必要的散热，使用的是TPS74801（U5），同样是一个1.5 - A输出的单通道LDO线性稳压器（SBVS074）。这两个稳压器都只需要少量外部无源元件，并且散热性能也比较合适。

5. 集线器配置

评估模块可以通过多种方式进行配置。可以在加电复位时设置几个输入到TUSB8020B的参数，也可以使用可选的串行EEPROM或SMBUS主机。在没有EEPROM或SMBUS的生产实现中，可以依靠每个配置输入的默认内部上拉或下拉电阻，也可以用外部上拉或下拉电阻来覆盖它。评估模块上的SW1可以用于修改设置，具体的配置变化说明会在配置开关部分详细介绍。

6. 可选电路

评估模块设计中包含了各种LED，虽然这些LED并非USB规范所必需，但它们能让测试和调试变得更加容易。不同的LED分别指示上游USB端口的连接速度、下游USB端口的连接速度和电源状态等信息。此外，评估模块上的开关（SW1和SW3）和接头（J2、J7、J8、JP1）仅用于实验室评估，生产设计中并不需要。

由于网络问题，未能搜索到TUSB8020BPHP REVA评估模块可选电路作用的相关内容。不过从前面的介绍我们知道，这些可选电路中的LED能辅助测试和调试，开关和接头用于实验室评估。接下来，我们看看如何进行硬件设置。

三、硬件设置

1. 配置开关

TI TUSB8020B评估模块有一组开关，用于方便地进行配置更改。但不建议在未完全了解结果的情况下更改这些开关设置，因为配置输入仅在加电复位时由TUSB8020B读取，在评估模块通电时更改开关设置是没有效果的。具体的开关定义如下：

• SW1_1（on）：FULLPWRMGMTZ_SMBA1_SS开关。TUSB8020B在该端子上有内部上拉，默认处于非全功率管理模式。若将开关设置为ON位置，端子被拉低，全功率管理模式将被启用。
• SW1_2（off）：PWRCTL_POL_SS_DN1开关。TUSB8020B在该端子上有内部下拉，端口电源控制极性默认是高电平有效。若开关设置为ON位置，端子被拉高，端口电源控制极性变为低电平有效。
• SW1_3（off）：SMBUSz_SS_DN2开关。TUSB8020B在该端子上有内部上拉，默认启用I2C接口模式。若开关设置为ON位置，端子被拉低，SMBUS模式将被启用。
• SW1_4（on）：GANGED_SMBA2_HS开关。TUSB8020B在该端子上有内部上拉，默认启用联动模式。若开关设置为ON位置，端子被拉低，单个端口电源控制模式将被启用。
• SW1_5（off）：SCL_SMBCLK开关。TUSB8020B在该端子上有内部下拉，串行EEPROM/SMBUS接口默认禁用。若开关设置为ON位置，上拉电阻连接到串行时钟端子，表明可能连接了I2C EEPROM。
• SW1_6（off）：SDA_SMBDAT开关。TUSB8020B在该端子上有内部下拉，串行EEPROM/SMBUS接口默认禁用。若开关设置为ON位置，上拉电阻连接到串行数据端子，表明可能连接了I2C EEPROM。
• SW1_7（off）：PWRCTL1_BATEN1开关。TUSB8020B在该端子上有内部下拉，端口1的USB电池充电模式默认禁用。若开关设置为ON位置，端子被拉高，下游端口1的电池充电功能将被启用。
• SW1_8（off）：PWRCTL2_BATEN2开关。TUSB8020B在该端子上有内部下拉，端口2的USB电池充电模式默认禁用。若开关设置为ON位置，端子被拉高，下游端口2的电池充电功能将被启用。

2. EVM安装

安装评估模块可以按照以下步骤进行：

• 步骤1：将一个5 - V、3 - A的壁式电源连接到J5，此时LED D5应亮起。
• 步骤2：打开开关SW3，LED D8应亮起。
• 步骤3：在J3和USB主机之间连接USB电缆，LED D6和D7应亮起。如果评估模块连接到USB 3.0主机，D1和D4应亮起；如果连接到USB 2.0主机，D1应亮起。大家在安装过程中有没有遇到LED不亮的情况呢？

3. 故障排除

在使用过程中可能会遇到一些问题，以下是常见问题及解决方法：

• 情况1：设备功能在设备管理器中“失效”。此时要确保操作系统安装了最新更新，并且主机控制器安装了最新驱动程序。
• 情况2：评估模块完全不工作。需要验证所有开关是否处于默认状态，评估模块是否由具有足够电流（3 A +）的5 - V电源供电以支持任何总线供电设备；如果安装了串行EEPROM，将其从EEPROM插座中移除，因为评估模块的运行不需要EEPROM；确保J2、J7和J8上安装了分流器；如果将12 - V电源连接到评估模块，故障将无法恢复。

四、附录

1. 物料清单

文档中提供了评估模块的详细物料清单，包括各种电容、电阻、LED、芯片等元件的型号、数量、制造商等信息，这对于我们进行硬件设计和采购物料非常有帮助。

2. 原理图

包含了评估模块的原理图和电源原理图，这些原理图能帮助我们更深入地理解评估模块的电路设计和工作原理。

总之，Texas Instruments的TUSB8020BPHP REVA评估模块是一款功能强大且设计灵活的设备，通过对其硬件的了解和正确的设置，我们可以更好地进行系统兼容性评估、固件开发和互操作性验证等工作。大家在使用这个评估模块的过程中，有没有什么独特的经验或者遇到过什么特别的问题呢？欢迎在评论区分享交流。