TUSB1105與TUSB1106：高級通用串行總線收發(fā)器深度解析

在當今的電子設備中，通用串行總線（USB）已經(jīng)成為了數(shù)據(jù)傳輸和設備連接的標準接口。TUSB1105和TUSB1106作為高級通用串行總線收發(fā)器，在USB通信領域發(fā)揮著重要作用。今天，我們就來深入了解一下這兩款收發(fā)器。

文件下載：tusb1105.pdf

一、產(chǎn)品概述

TUSB1105和TUSB1106是德州儀器（TI）推出的符合USB 2.0規(guī)范的收發(fā)器。它們能夠以全速（12 Mbit/s）和低速（1.5 Mbit/s）的數(shù)據(jù)速率進行串行數(shù)據(jù)的收發(fā)，既可以作為USB設備收發(fā)器，也可以作為USB主機收發(fā)器使用。這兩款器件適用于多種便攜式電子設備，如手機、個人數(shù)字助理（PDA）、信息家電（IA）和數(shù)碼相機（DSC）等。

二、產(chǎn)品特性

2.1 兼容性與數(shù)據(jù)速率

• 兼容USB規(guī)范Rev. 2.0，確保了與各種USB設備的良好兼容性。
• 支持全速和低速兩種數(shù)據(jù)速率，能夠滿足不同應用場景的需求。

2.2 電源管理

• 集成了可旁路的5 - V至3.3 - V電壓調(diào)節(jié)器，可通過USB的$V_{BUS}$直接供電。
• 具備$V{BUS}$斷開指示功能，通過$V{P}$和$V_{M}$引腳實現(xiàn)。

2.3 輸入輸出模式

• TUSB1105支持單端和差分輸入模式，可通過MODE輸入進行選擇。
• TUSB1106僅支持差分輸入模式。

2.4 穩(wěn)定性與低功耗

• 在SE0條件下，RCV輸出穩(wěn)定。
• 采用低功耗設計，非常適合便攜式設備。

2.5 ESD保護

• 符合IEC - 61000 - 4 - 2 ESD標準，具有良好的靜電放電保護能力。其中，D +、D -、$V_{CC(5.0)}$引腳的接觸放電模型為±9 kV，人體模型為±15 kV。

2.6 封裝形式

• TUSB1105采用四方扁平無引腳（QFN）封裝。
• TUSB1106提供QFN和薄型收縮小外形封裝（TSSOP）兩種封裝形式。

三、引腳功能

這兩款收發(fā)器的引腳功能豐富且復雜，下面為大家詳細介紹一些關鍵引腳：

3.1 輸出使能（OE）

輸出使能引腳，CMOS電平，低電平有效。當OE為低電平時，使能收發(fā)器在USB總線上傳輸數(shù)據(jù)。

3.2 差分數(shù)據(jù)接收器（RCV）

差分數(shù)據(jù)接收器，CMOS電平。當輸入SUSPND為高電平時，RCV輸出被拉低。在SE0條件下，RCV的輸出狀態(tài)保持穩(wěn)定。

3.3 單端接收器（$V{P}$、$V{M}$）

$V{P}$為單端D + 接收器，$V{M}$為單端D - 接收器，CMOS電平。用于外部檢測單端零（SE0）、錯誤條件以及連接設備的速度。當$V{CC(5.0)}$和$V{reg(3.3)}$沒有連接電源時，$V{P}$和$V{M}$被拉高。

3.4 暫停（SUSPND）

暫停引腳，CMOS電平。高電平使能低功耗狀態(tài)，同時將輸出RCV拉低。

3.5 模式（MODE）

模式引腳，CMOS電平。僅TUSB1105有此引腳，高電平使能差分輸入模式（$V{P0}$，$V{M0}$），低電平使能單端輸入模式（$V{0}$，$F{SEO}$）。

3.6 速度選擇（SPEED）

速度選擇引腳，CMOS電平。低電平選擇低速模式（1.5 Mbit/s），高電平選擇全速模式（12 Mbit/s）。

3.7 USB數(shù)據(jù)總線連接（D +、D -）

D + 和D - 分別為正、負USB數(shù)據(jù)總線連接引腳，模擬差分信號。在低速模式下，D - 通過1.5 kΩ電阻連接到$V{pu(3.3)}$；在全速模式下，D + 通過1.5 kΩ電阻連接到$V{pu(3.3)}$。

四、功能描述

4.1 功能選擇

4.2 驅(qū)動功能

根據(jù)輸入數(shù)據(jù)接口的不同，驅(qū)動功能也有所不同。

• 單端輸入數(shù)據(jù)接口（TUSB1105，MODE = L）：當$overline{OE}$ = L時，根據(jù)FSEO和VO的不同組合，輸出不同的差分數(shù)據(jù)狀態(tài)。
• 差分輸入數(shù)據(jù)接口（TUSB1105，MODE = H；TUSB1106）：當$overline{OE}$ = L時，根據(jù)$V{M0}$和$V{P0}$的不同組合，輸出不同的差分數(shù)據(jù)狀態(tài)。

4.3 接收功能

當$overline{OE}$ = H時，根據(jù)D + 和D - 的不同狀態(tài)，RCV、$V{P}$和$V{M}$會有相應的輸出，用于判斷數(shù)據(jù)狀態(tài)。

五、電源供應配置

TUSB1105和TUSB1106支持多種電源供應配置，可根據(jù)實際需求進行動態(tài)切換。

5.1 正常模式

$V{CC(1/O)}$和$V{CC(5.0)}$或（$V{CC(5.0)}$和$V{reg(3.3)}$）都連接。在5 - V操作時，$V{CC(5.0)}$連接到4 V至5.5 V的電源，內(nèi)部電壓調(diào)節(jié)器產(chǎn)生3.3 V用于USB連接；在3.3 - V操作時，$V{CC(5.0)}$和$V{reg(3.3)}$都連接到3 V至3.6 V的電源。$V{CC(1/O)}$獨立連接到1.65 V至3.6 V的電壓源。

5.2 禁用模式

$V{CC(1/O)}$未連接，$V{CC(5.0)}$或（$V{CC(5.0)}$和$V{reg(3.3)}$）連接。此時，TUSB1105和TUSB1106的內(nèi)部電路確保D + 和D - 引腳處于高阻態(tài)，功耗降至低功耗（暫停）狀態(tài)水平。

5.3 共享模式

$V{CC(1/O)}$連接，（$V{CC(5.0)}$和$V{reg(3.3)}$）未連接。D + 和D - 引腳處于高阻態(tài)，允許外部高達3.6 V的信號共享D + 和D - 線路。內(nèi)部電路確保通過D + 和D - 線路的電流幾乎為零（最大10 mA），$V{CC(1/O)}$的功耗降至低功耗（暫停）狀態(tài)水平。$V{P}$和$V{M}$引腳被拉高，RCV引腳被拉低。

六、電氣特性

6.1 電源供應輸入選項

TUSB1105和TUSB1106提供兩種電源供應輸入選項：

• 內(nèi)部調(diào)節(jié)器：$V{CC(5.0)}$作為內(nèi)部調(diào)節(jié)器的輸入，范圍為4 V至5.5 V，$V{reg(3.3)}$作為電壓參考輸出（3.3 V，300 μA）。
• 調(diào)節(jié)器旁路：$V{CC(5.0)}$與$V{reg(3.3)}$連接，最大電壓降為0.3 V，電壓范圍為2.7 V至3.6 V。

6.2 靜電放電（ESD）

6.3 靜態(tài)電氣特性

在推薦的工作溫度和電源電壓范圍內(nèi)，TUSB1105和TUSB1106的靜態(tài)電氣特性包括電源引腳、數(shù)字引腳和模擬I/O引腳的相關參數(shù)，如$V_{reg(3.3)}$的輸出電壓、工作電流、靜態(tài)電流等。

6.4 動態(tài)電氣特性

動態(tài)電氣特性主要涉及模擬I/O引腳（D +、D -）的驅(qū)動和接收特性，包括上升時間、下降時間、差分上升/下降時間匹配、輸出信號交叉電壓等參數(shù)。在全速模式和低速模式下，這些參數(shù)的要求有所不同。

七、應用信息

7.1 負載配置

在不同的工作模式下，需要根據(jù)具體要求配置負載電容，以確保收發(fā)器的正常工作。例如，在全速模式下，負載電容$C{L}$為50 pF或125 pF；在低速模式下，負載電容$C{L}$為200 pF或600 pF。

7.2 工作模式

• 外設側（全速）調(diào)節(jié)器旁路模式：當板上已有3.3 - V電源時適用。將USB連接器的$V{BUS}$引腳用0.1 μF電容端接，在全速工作時，將1.5 kΩ電阻連接在D + 線和$V{PU(3.3)}$或外部3.3 - V電源之間。當$V{CC(5.0)}$和$V{reg(3.3)}$連接在一起時，設備工作在調(diào)節(jié)器旁路模式，可節(jié)省功耗。
• 外設側（低速）調(diào)節(jié)器旁路模式：與全速模式類似，只是在低速工作時，將1.5 kΩ電阻連接在D - 線和$V_{PU(3.3)}$或外部3.3 - V電源之間。
• 外設側（全速）內(nèi)部調(diào)節(jié)器模式：當板上沒有3.3 - V電源時，可通過$V{BUS}$線直接為TUSB1105/1106的USB側供電。$V{CC(5.0)}$連接到$V{BUS}$，接收主機的5 - V電源，并在$V{reg(3.3)}$引腳產(chǎn)生3.3 - V輸出。在這種模式下，$V{CC(5.0)}$和$V{reg(3.3)}$引腳需要分別連接0.1 μF的旁路電容。在全速工作時，將1.5 kΩ電阻連接在D + 線和$V_{PU(3.3)}$或外部3.3 - V電源之間。
• 外設側（低速）內(nèi)部調(diào)節(jié)器模式：與全速內(nèi)部調(diào)節(jié)器模式類似，只是在低速工作時，將1.5 kΩ電阻連接在D - 線和$V_{PU(3.3)}$或外部3.3 - V電源之間。
• 主機側（$V{CC(5.0)}$由$V{BUS}$引腳供電）：當板上沒有3.3 - V電源時，可使用外部5 - V電源為USB側供電。$V_{CC(5.0)}$連接到外部5 - V電源，片上調(diào)節(jié)器產(chǎn)生3.3 - V內(nèi)部電源軌，用于驅(qū)動TUSB1105/1106的USB側信號電平。邏輯側I/O可在1.65 V至3.6 V的電壓范圍內(nèi)工作。
• 主機側（3.3 - V電源存在）內(nèi)部調(diào)節(jié)器旁路模式：當有3.3 - V電源支持USB側電源時，將$V{CC(5.0)}$和$V{reg(3.3)}$連接在一起，并連接到3.3 - V電源，使調(diào)節(jié)器處于非激活狀態(tài)。

八、封裝信息

TUSB1105和TUSB1106提供多種封裝形式，每種封裝都有其特定的尺寸和引腳排列。在選擇封裝時，需要考慮電路板的布局、散熱要求以及焊接工藝等因素。同時，文檔中還提供了詳細的封裝材料信息、機械數(shù)據(jù)、示例電路板布局和示例模板設計等內(nèi)容，為工程師的設計提供了便利。

九、總結

TUSB1105和TUSB1106是兩款功能強大、性能穩(wěn)定的USB收發(fā)器，具有豐富的特性和靈活的配置選項。它們在便攜式電子設備中具有廣泛的應用前景，能夠滿足不同用戶的需求。在實際設計中，工程師需要根據(jù)具體的應用場景和要求，合理選擇電源供應配置、工作模式和負載電容等參數(shù)，以確保收發(fā)器的正常工作和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。希望通過本文的介紹，能夠幫助大家更好地了解和使用這兩款收發(fā)器。大家在使用過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。