TUSB8042四端口USB 3.1 1代集線器：特性、應(yīng)用與設(shè)計(jì)指南

在電子設(shè)備不斷發(fā)展的今天，USB接口的應(yīng)用越來越廣泛，對(duì)USB集線器的需求也日益增長(zhǎng)。TUSB8042作為一款四端口USB 3.1 1代集線器，為電子工程師提供了強(qiáng)大的功能和豐富的應(yīng)用場(chǎng)景。今天，我們就來深入了解一下TUSB8042的特性、應(yīng)用以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

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一、TUSB8042特性概覽

1. 端口連接能力

TUSB8042在上行端口可提供同步超快速和高速/全速USB連接，下行端口則可提供超快速、高速、全速或者低速USB連接。不過，當(dāng)上行端口連接到僅支持高速或全速/低速連接的電氣環(huán)境中時(shí)，下行端口上的超快速USB連接將會(huì)禁用；若上行端口僅支持全速/低速連接，下行端口的超快速USB和高速連接都將被禁用。

2. 電池充電支持

該器件支持多種電池充電模式，具有很強(qiáng)的靈活性。在未連接或未配置上行端口時(shí)，支持D+/D - 分頻器充電端口（ACP1、ACP2和ACP3）；未連接上行端口時(shí)，支持自動(dòng)模式在DCP或ACP模式之間切換，還支持Galaxy充電。同時(shí)，它提供充電下行端口（CDP）模式（上行端口已連接）和專用充電端口（DCP）模式（上行端口未連接），其中DCP模式符合中國(guó)電信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YD/T 1591 - 2009。

3. USB 2.0集線器特性

它是一個(gè)多事務(wù)轉(zhuǎn)換器（MTT）集線器，擁有四個(gè)事務(wù)轉(zhuǎn)換器，且每個(gè)事務(wù)轉(zhuǎn)換器具有兩個(gè)異步端點(diǎn)緩沖器。

4. 其他特性

支持用作USB 3.1 1代或者USB 2.0復(fù)合器件；支持每端口或成組電源開關(guān)以及過流通知輸入；支持四個(gè)外部下行端口；支持讀取和寫入I2C的供應(yīng)商請(qǐng)求，并且在100k和400k（默認(rèn)）條件下支持EEPROM讀取；I2C主機(jī)支持時(shí)鐘拉伸；可使用一次性可編程（OTP）ROM、串行EEPROM或I2C/SMBus受控接口進(jìn)行自定義配置，包括VID和PID、端口定制、生產(chǎn)商和產(chǎn)品字串（OTP ROM不支持）、序列號(hào)（OTP ROM不支持）；可使用引腳選擇、EEPROM或I2C/SMBus從機(jī)接口選擇應(yīng)用特性；提供128位通用唯一標(biāo)識(shí)符（UUID）；單時(shí)鐘輸入，24MHz晶振或者振蕩器；下行端口僅可對(duì)USB 2.0進(jìn)行配置；采用64引腳QFN封裝（RGC），商用版的工作溫度范圍為0°C至70°C。

二、TUSB8042的應(yīng)用場(chǎng)景

TUSB8042可應(yīng)用于多種需要額外USB端口的場(chǎng)景，如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、擴(kuò)展塢、監(jiān)視器和機(jī)頂盒等。以筆記本電腦為例，有些筆記本可能只有兩個(gè)下游USB端口，使用TUSB8042后，可將下游端口數(shù)量增加到五個(gè)，大大擴(kuò)展了設(shè)備的連接能力。

三、TUSB8042設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 電源供應(yīng)

• TUSB8042電源供應(yīng)：$V{DD}$和$VDD33$應(yīng)分別實(shí)現(xiàn)為單個(gè)電源平面。$V{DD}$為TUSB8042核心提供1.1 V（標(biāo)稱）電源，可通過鐵氧體磁珠與其他電源軌隔離以減少噪聲。需注意鐵氧體磁珠的直流電阻對(duì)器件電壓的影響，可調(diào)整核心電壓調(diào)節(jié)器輸出或選擇低直流電阻（小于0.05 Ω）的磁珠。$VDD33$為TUSB8042的I/O提供3.3 V電源軌，同樣可通過鐵氧體磁珠隔離。所有電源軌都需要10 μF或1 μF電容來保證穩(wěn)定性和抗噪性，小的去耦電容應(yīng)盡量靠近TUSB8042電源引腳放置。
• 下游端口電源：下游端口電源VBUS必須由能夠提供5V和每個(gè)端口高達(dá)900 mA的電源提供。下游端口電源開關(guān)可由TUSB8042信號(hào)控制，也可一直開啟。每個(gè)下游端口的VBUS需要一個(gè)22 μF或更大的大容量低ESR電容來限制浪涌電流。USB下游端口連接的VBUS引腳上的鐵氧體磁珠推薦使用，以用于ESD和EMI防護(hù)。
• 接地設(shè)計(jì)：建議在設(shè)計(jì)中僅使用一個(gè)電路板接地平面，為信號(hào)走線提供最佳鏡像平面。TUSB8042的散熱片和任何電壓調(diào)節(jié)器應(yīng)通過過孔連接到該平面。為了EMI和ESD目的，在USB端口連接器附近的不同平面上實(shí)現(xiàn)接地或底盤接地。

2. 引腳配置與功能

文檔詳細(xì)列出了TUSB8042各個(gè)引腳的名稱、編號(hào)、輸入/輸出類型和描述，包括時(shí)鐘和復(fù)位信號(hào)、USB上游信號(hào)、USB下游信號(hào)、I2C/SMBUS信號(hào)、測(cè)試和雜項(xiàng)信號(hào)以及電源和接地信號(hào)等。例如，GRSTz引腳用于全局電源復(fù)位，XI和XO引腳用于時(shí)鐘輸入和輸出等。工程師在設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)實(shí)際需求正確連接和配置這些引腳。

3. 布局設(shè)計(jì)

布局準(zhǔn)則

• 元件放置：9.53K +/-1%電阻應(yīng)盡可能靠近TUSB8042的USB_R1引腳；每個(gè)VDD和VDD33電源引腳附近應(yīng)放置0.1 μF電容；SSTXP和SSTXM網(wǎng)絡(luò)上的100 nF電容應(yīng)靠近USB連接器；ESD和EMI保護(hù)器件應(yīng)靠近USB連接器；如果使用晶體，應(yīng)盡可能靠近TUSB8042的XI和XO引腳；電壓調(diào)節(jié)器應(yīng)遠(yuǎn)離TUSB8042、晶體和差分對(duì)；與每個(gè)電源軌相關(guān)的大容量電容應(yīng)靠近電壓調(diào)節(jié)器放置。
• 封裝特定要求：TUSB8042封裝的引腳間距為0.5 mm，有一個(gè)6.0-mm x 6.0-mm的散熱片，必須通過過孔系統(tǒng)連接到地；除連接到散熱片的過孔外，器件下方的所有過孔都應(yīng)進(jìn)行阻焊處理。
• 差分對(duì)布局：差分對(duì)（如USB_DP_XX、USB_DM_XX、USB_SSTXP_XX等）的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足90 Ω ±10%的差分阻抗要求；為減少串?dāng)_，高速信號(hào)應(yīng)相互遠(yuǎn)離，每對(duì)之間應(yīng)至少間隔5倍信號(hào)走線寬度，也可使用接地隔離；所有差分對(duì)應(yīng)在同一層上靠近實(shí)心接地平面布線；避免在差分對(duì)走線中使用過孔，若必須使用，應(yīng)確保同一對(duì)信號(hào)使用相同類型和位置的過孔；差分對(duì)走線應(yīng)盡量短，SS差分對(duì)信號(hào)和USB 2.0差分對(duì)信號(hào)的最大推薦走線長(zhǎng)度為八英寸；匹配差分對(duì)走線的蝕刻長(zhǎng)度，SS差分對(duì)信號(hào)與其互補(bǔ)信號(hào)之間的長(zhǎng)度差應(yīng)小于5 mils，USB 2.0差分對(duì)的相對(duì)走線長(zhǎng)度差不應(yīng)超過50 mils。

布局示例

文檔提供了上游端口和下游端口的布局示例，為工程師在實(shí)際設(shè)計(jì)中提供了參考。

四、總結(jié)

TUSB8042以其豐富的特性和廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，成為電子工程師在設(shè)計(jì)USB集線器時(shí)的一個(gè)不錯(cuò)選擇。在設(shè)計(jì)過程中，需要充分考慮電源供應(yīng)、引腳配置和布局設(shè)計(jì)等要點(diǎn)，以確保TUSB8042能夠穩(wěn)定、高效地工作。同時(shí)，工程師還可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求，利用TUSB8042的可定制特性，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的設(shè)計(jì)。

大家在使用TUSB8042的過程中，有沒有遇到過一些特殊的問題或者有什么獨(dú)特的設(shè)計(jì)思路呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。