MAX20332：集成过压保护的USB充电器检测器

作为电子工程师，在设计USB充电相关电路时，一款性能出色的充电器检测器至关重要。今天就和大家详细探讨一下Maxim Integrated推出的MAX20332，它是一款集成过压保护的USB充电器检测器，能为我们的设计带来诸多便利。

文件下载：MAX20332.pdf

一、产品概述

MAX20332符合USB电池充电规范修订版1.2，其内部的充电器检测电路能够识别USB标准下游端口（SDPs）、USB充电下游端口（CDPs）或专用充电器端口（DCPs），并控制外部锂离子（Li+）电池充电器。此外，它还具备苹果充电器检测功能，可识别D +/D - 上的电阻分压器网络。

该器件的内部双刀双掷（DPDT）USB开关兼容高速USB、全速USB、低速USB和UART信号，具有低导通电阻、低导通电阻平坦度和极低电容的特点。ID引脚可控制DPDT开关位置，并且在CD +、CD - 和ID引脚上具有高达±15kV人体模型（HBM）的高ESD保护。

MAX20332采用16凸块、0.4mm间距、1.8mm x 1.9mm晶圆级封装（WLP），工作温度范围为 - 40°C至 + 85°C，适用于数码相机、摄像机、平板电脑、智能手机和电子阅读器等多种设备。

二、产品优势与特性

低功耗

MAX20332的电池待机电流典型值仅为5µA，能有效降低设备的功耗，延长电池续航时间。这对于对功耗敏感的移动设备来说，无疑是一个重要的优势。

高兼容性与灵活性

• 符合USB规范：严格遵循USB电池充电规范修订版1.2，确保与各种USB充电器的兼容性。
• 多种检测功能：具备数据触点检测、专用充电器检测、标准下游端口检测、充电下游端口检测和苹果充电器检测等功能，能准确识别不同类型的充电器。

便于系统设计

• 集成过压保护：拥有集成的1.5A精密过压保护（OVP）功能，可有效保护低电压系统免受电压故障的影响。
• 高速USB开关：负音频能力的DPDT高速USB开关，能实现信号的高效传输。
• 自动控制：具备自动开关和充电器接口控制功能，并可通过I2C接口进行全面控制，同时还有设备状态变化中断功能，方便我们进行系统设计和调试。

节省电路板空间

• 高耐压VBUS连接：VBUS连接能够承受36V的电压，减少了外部保护电路的需求。
• ESD保护：±15kV HBM ESD保护，增强了设备的抗静电能力。
• 小尺寸封装：1.8mm x 1.9mm WLP封装，大大节省了电路板空间。

三、电气特性

绝对最大额定值

MAX20332在不同引脚和参数上有明确的绝对最大额定值，如BAT、INT、SDA等引脚的电压范围为 - 0.3V至 + 6.0V，VB引脚的电压范围为 - 0.3V至 + 40V等。在设计时，我们必须严格遵守这些额定值，以避免对器件造成永久性损坏。

电气参数

在不同的工作条件下，MAX20332的各项电气参数都有明确的规定。例如，在 (V{BAT}=+2.8 ~V) 至 + 5.5V，(V{B}=+3.5 ~V) 至 + 36V，(T{A}=-40^{circ} C) 至 + 85°C的范围内，其典型值在 (V{BAT}=+3.6 ~V) ，(V{B}=+5.0 ~V) ，(T{A}=+25^{circ} C) 时给出。这些参数包括电源电压范围、内部正/负开关调节器电压、POR电压、电池和VB电源电流等，我们在设计电路时需要根据这些参数来选择合适的电源和负载。

四、功能详细解析

USB充电器检测

当检测到有效的VBUS电压施加到VB或CONTROL 3（0x09）寄存器中的CHG_TYP_MAN设置为1时，MAX20332开始充电器类型检测序列。在检测过程中，CD - 和CD + 开关打开，检测完成后恢复到之前的状态。检测到充电器后，会根据检测结果设置CE输出。

检测消抖

为避免插入附件时产生多个中断，并增强抗噪声和干扰能力，MAX20332设有30ms（典型值）的消抖定时器，只有在插入或移除状态保持消抖时间后才会发送中断。

USB开关

• CD +、CD - 通道：支持高速、全速和低速USB信号电平，双向通道具有低导通电阻（典型值3Ω）和低导通电容（典型值7pF），能在模拟输入信号从地扫到VSWPOS时保持低导通电阻稳定，减少信号失真。当 (CP_EN =1) 时，还能无失真地传输负音频信号。
• UT、UR通道：支持标准单电源UART信号和高速信号，双向通道具有低导通电阻（典型值2.4Ω），同样在 (CP_EN =1) 时能无失真地传输负音频信号。

过压保护

VBUS线上的过压保护功能可承受高达 + 36V（最大值）的电压。当输入电压超过过压锁定截止阈值（VOVLO）时，内部低导通电阻（典型值60mΩ）的FET会断开输入与输出的连接，保护低电压系统。同时，该器件还具备软启动功能，可在 (V_{B}) 电压有效且持续时间超过消抖时间（tMDEB）时，缓慢开启内部FET，减少浪涌电流。过压事件发生时，故障标志或中断会根据CONTROL 1（0x07）寄存器中的INT_EN配置进行断言。

热关断

当芯片温度达到 + 150°C时，MAX20332会进入热关断模式，故障标志或中断会根据INT_EN配置进行断言。当芯片温度下降20°C时，设备会自动恢复运行并清除故障标志或中断。

电源电压选择器

MAX20332的电源电压选择器可在VB和BAT输入之间选择为内部模块供电。如果VB不存在，(VCCINT) 由BAT供电，在 (VCCINT) 上升沿会提供典型值为100µs的POR。

中断

MAX20332会在VB_VALID_S发生任何变化、DCD_TMR_S从0转变为1以及发生过压和热关断事件时产生中断。CONTROL 1寄存器（0x07）中的INT_EN位可启用中断输出，当INT_EN设置为禁用时，所有中断会被屏蔽但不会清除，需要读取INTERRUPT 1寄存器（0x01）和INTERRUPT 2寄存器（0x02）来清除中断。INT引脚在中断禁用（(INT_EN = 0) ）时默认为FLAG功能，当插入无效或未知充电器或检测到UART工厂电缆时，INT引脚会被拉低。

低功耗模式

MAX20332的CONTROL 1寄存器（0x07）中的CP_EN和LOW_PWR位专门用于低功耗操作。CP_EN控制模拟开关正常运行所需的电荷泵，设置为禁用时无法施加负轨电压。LOWPWR位设置低功耗模式，在低功耗模式下，当满足无VBus、USB (SWC =00) 、(CP_EN =0) 和 (ADC_S = 1111) 等条件时，内部振荡器会关闭，所有开关处于高阻抗状态。低功耗模式禁用时，振荡器和带隙始终开启。

数字输入与输出

数字输入必须设计为与1.8V逻辑兼容，数字输出为开漏输出，输出状态基于ID电阻值，具体可参考Table 4。

微USB ID输入

USB连接器ID引脚到地的电阻决定了工厂操作模式，如当ID电阻值为80kΩ时，设备进入Debrick/Boot Load操作模式，此时DB输出为低，可用于将系统微控制器置于引导加载器模式，以便刷新新固件。

I2C串行接口

• 串行寻址：MAX20332作为从设备，通过I2C兼容的2线接口发送和接收数据。接口使用串行数据线（SDA）和串行时钟线（SCL）实现主从设备之间的双向通信。
• START和STOP条件：接口不忙时，SCL和SDA均保持高电平。主设备通过在SCL为高电平时将SDA从高电平转换为低电平来发送START条件，开始传输；通信结束后，主设备在SCL为高电平时将SDA从低电平转换为高电平来发送STOP条件，释放总线。
• 位传输：每个时钟脉冲传输一位数据，SCL为高电平时，SDA上的数据必须保持稳定。
• 确认：确认位是第9个时钟位，接收方用于确认每个字节数据的接收。主设备生成第9个时钟脉冲，接收方在确认时钟脉冲期间拉低SDA。
• 从地址：MAX20332的7位从地址为0110101b，后面的R/W位低电平表示写命令，高电平表示读命令。
• 总线复位：MAX20332通过I2C START条件进行总线复位，当R/W位设置为1时，设备向主设备传输数据，即主设备从设备读取数据。
• 写入和读取格式：写入设备时，先发送R/W位为0的从地址，然后至少发送1字节信息，第一个字节为寄存器地址，后续字节为数据；读取设备时，先通过写入配置寄存器地址，然后主设备可连续读取字节，寄存器地址指针会自动递增。

五、应用注意事项

Hi - Speed USB

高速USB需要精心设计PCB布局，采用45Ω单端/90Ω差分受控阻抗匹配的等长走线，以确保信号的高速稳定传输。

电源旁路

应尽可能靠近器件，使用1µF陶瓷电容将VB和BAT旁路到地，以减少电源噪声对器件的影响。

上电复位（POR）

MAX20332的上电复位电路确保设备在电源超过POR上升值1.6V（典型值）并保持在最大下降沿以上时，内部逻辑处于已知状态，实现安全操作。但在VB和BAT电压满足指定全局条件之前，电气特性表中的参数不保证。

选择I2C上拉电阻

I2C需要上拉电阻为数据和时钟线提供逻辑高电平。在选择上拉电阻值时，需要在功耗和速度之间进行权衡，以满足I2C规定的上升时间要求（快速模式下从低到高（30%至70%）的上升时间为300ns）。

从暂停状态复位I2C

如果I2C总线因电池电量弱或没电而暂停，在启用I2C缓冲区和上拉偏置后，需要执行I2C STOP命令，然后才能重新启动I2C通信。

扩展ESD保护

MAX20332的所有引脚都集成了ESD保护结构，可防止在处理和组装过程中遇到的高达±2kV（HBM）的静电放电。CD -、CD + 和ID引脚还能进一步承受高达±15kV（HBM）的ESD而不损坏，VB输入在靠近引脚处使用1µF陶瓷电容旁路时可承受高达±15kV（HBM）的ESD。ESD结构在正常操作和设备断电时都能承受高ESD，ESD事件后，IC可继续正常工作而不会发生闩锁。

六、总结

MAX20332是一款功能强大、性能出色的USB充电器检测器，它在低功耗、兼容性、系统设计便利性和节省电路板空间等方面都具有显著优势。在实际设计中，我们需要充分了解其电气特性和功能，注意应用过程中的各项注意事项，以确保设计出稳定可靠的USB充电电路。大家在使用MAX20332的过程中，有没有遇到什么问题或者独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享交流。