EZ - PD? CCG3：高度集成的USB Type - C端口控制器解析

一、引言

在當(dāng)今電子設(shè)備互聯(lián)互通的時(shí)代，USB Type - C接口憑借其高速傳輸、大電流供電等優(yōu)勢，成為了電子設(shè)備的主流接口。而EZ - PD? CCG3作為一款高度集成的USB Type - C控制器，在滿足USB Type - C和PD標(biāo)準(zhǔn)方面表現(xiàn)出色，為各類設(shè)備提供了完整的端口控制解決方案。本文將深入剖析EZ - PD? CCG3的各項(xiàng)特性、功能模塊以及應(yīng)用場景，為電子工程師在設(shè)計(jì)中提供參考。

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二、產(chǎn)品概述

2.1 基本信息

EZ - PD? CCG3最初由Cypress開發(fā)，如今作為英飛凌（Infineon）產(chǎn)品組合的一部分繼續(xù)為新老客戶提供服務(wù)。它是一款高度集成的USB Type - C控制器，符合最新的USB Type - C和PD標(biāo)準(zhǔn)，可應(yīng)用于筆記本電腦、擴(kuò)展塢、顯示器、 docking 站和電源適配器等設(shè)備。

2.2 技術(shù)亮點(diǎn)

CCG3采用了賽普拉斯（Cypress）專有的M0S8技術(shù)，搭載32位、48 MHz的ARM? Cortex? - M0處理器，配備128 KB閃存、8 KB SRAM、20個(gè)GPIO、全速USB設(shè)備控制器、用于認(rèn)證的加密引擎、20V耐壓穩(wěn)壓器以及一對用于切換5V（VCONN）電源的FET，還集成了兩對柵極驅(qū)動(dòng)器以控制外部VBUS FET和系統(tǒng)級ESD保護(hù)。其封裝形式有40 - QFN、32 - QFN和42 - WLCSP三種。

三、功能模塊詳解

3.1 CPU和內(nèi)存子系統(tǒng)

• CPU：Cortex - M0 CPU是32位MCU子系統(tǒng)的一部分，針對低功耗操作進(jìn)行了優(yōu)化，采用大量16位指令并執(zhí)行Thumb - 2指令集的子集，便于代碼向上遷移。還包含硬件乘法器、嵌套向量中斷控制器（NVIC）和喚醒中斷控制器（WIC），提供非屏蔽中斷（NMI）輸入。此外，具備串行線調(diào)試（SWD）接口，有四個(gè)斷點(diǎn)（地址）比較器和兩個(gè)觀察點(diǎn)（數(shù)據(jù)）比較器。
• Flash：擁有兩個(gè)64 KB閃存庫的閃存模塊和閃存加速器，與CPU緊密耦合，可提高閃存塊的平均訪問時(shí)間。在48 MHz時(shí)提供1等待狀態(tài)（WS）訪問時(shí)間，24 MHz時(shí)為0 - WS訪問時(shí)間，閃存加速器平均可實(shí)現(xiàn)85%的單周期SRAM訪問性能，部分閃存模塊可模擬EEPROM操作。
• SROM：提供包含引導(dǎo)和配置例程的監(jiān)控ROM。

3.2 加密模塊

CCG3集成了用于硬件輔助認(rèn)證固件映像的加密模塊，支持在可信生態(tài)系統(tǒng)中進(jìn)行固件現(xiàn)場升級，具備高級加密標(biāo)準(zhǔn)（AES）塊密碼、安全哈希算法（SHA - 1和SHA - 2）、循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）和偽隨機(jī)數(shù)生成等加密功能。

3.3 集成公告牌設(shè)備

集成了完整的全速USB 2.0設(shè)備控制器，可作為公告牌類設(shè)備運(yùn)行，也支持其他設(shè)備類。

3.4 USB - PD子系統(tǒng)（USBPD SS）

包含與USB Type - C和電源傳輸相關(guān)的所有模塊，如雙相標(biāo)記編碼（BMC）PHY、VCONN電源FET、VCONN (R_{A}) 終端和泄放器、模擬交叉開關(guān)、可編程上拉和下拉終端、熱插拔檢測（HPD）處理器、VBUS_C穩(wěn)壓器、電源開關(guān)、過壓/欠壓檢測器、電流感測放大器、柵極驅(qū)動(dòng)器、VBUS_C放電開關(guān)、USB2.0全速（FS）PHY以及充電器檢測/仿真等功能。還集成了兩個(gè)8位逐次逼近寄存器（SAR）ADC用于模數(shù)轉(zhuǎn)換。

3.5 全速USB子系統(tǒng)

包含一個(gè)全速USB設(shè)備控制器，如集成公告牌設(shè)備部分所述。

3.6 外設(shè)

• 串行通信塊（SCB）：有四個(gè)SCB，可配置為實(shí)現(xiàn) (I^{2}C)、SPI或UART接口。硬件 (I^{2}C) 塊實(shí)現(xiàn)了完整的多主和從接口，支持多主仲裁。在SPI模式下，可配置為主或從。在 (I^{2}C) 模式下，最高速度可達(dá)1 Mbps（快速模式加），具有靈活的緩沖選項(xiàng)，支持8深FIFOs以減少CPU中斷開銷和延遲。
• 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器/PWM塊（TCPWM）：有四個(gè)TCPWM塊，每個(gè)實(shí)現(xiàn)16位定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、脈寬調(diào)制器（PWM）和正交解碼器功能。
• GPIO：最多有20個(gè)GPIO，可配置用于GPIO、SCB、SBU和輔助信號，SWD引腳也可作為GPIO使用。SCB 0的 (I^{2}C) 引腳具有過壓耐受性。GPIO塊具有七種驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度模式、輸入閾值選擇、輸入和輸出緩沖啟用/禁用的單獨(dú)控制、保持模式和可選的壓擺率控制等功能。

3.7 電源系統(tǒng)概述

CCG3可從VBUS（4.0 V - 21.5 V）或VSYS（2.7 V - 5.5 V）兩個(gè)外部電源供電。VBUS電源通過低壓差穩(wěn)壓器（LDO）調(diào)節(jié)至3.3 V，芯片內(nèi)部的VDDD軌在VBUS穩(wěn)壓器輸出和未調(diào)節(jié)的VSYS之間智能切換。除復(fù)位模式外，有活動(dòng)、睡眠和深度睡眠三種電源模式，由電源系統(tǒng)管理。為GPIO提供單獨(dú)的電源域VDDIO。

四、引腳定義

文檔詳細(xì)列出了42 - CSP、32 - QFN和40 - QFN三種封裝的引腳描述，包括VBUS控制引腳、CC引腳、V5V引腳、GPIO引腳等，為工程師在設(shè)計(jì)電路板時(shí)提供了準(zhǔn)確的引腳信息。

五、固件和軟件工具

5.1 EZ - PD配置實(shí)用程序

這是賽普拉斯開發(fā)的基于GUI的Microsoft Windows應(yīng)用程序，可引導(dǎo)用戶完成CCGx芯片的配置和編程過程。用戶可以選擇和配置要修改的參數(shù)，并將配置結(jié)果編程到目標(biāo)CCGx設(shè)備中。該實(shí)用程序支持CCG1、CCG2、CCG3和CCG4套件，當(dāng)前版本支持EMCA和顯示擴(kuò)展塢應(yīng)用的配置和固件更新操作。

5.2 CCG3編程和引導(dǎo)加載

• 通過SWD接口編程設(shè)備閃存：CCG3系列設(shè)備可使用SWD接口進(jìn)行編程，賽普拉斯提供了MiniProg3編程套件。在開發(fā)或產(chǎn)品制造過程中，通常通過SWD接口對CCG3進(jìn)行編程。
• 通過特定接口進(jìn)行應(yīng)用固件更新：根據(jù)CCG3設(shè)備預(yù)編程的默認(rèn)固件，可通過 (I^{2}C)、CC、USB三種不同接口更新應(yīng)用固件。不同型號的CCG3設(shè)備適用的更新接口不同，如CYPD3122、CYPD3125和CYPD3126適用于 (I^{2}C) 接口；CYPD3135適用于CC線；CYPD3120和CYPD3121適用于USB接口。

六、應(yīng)用場景

6.1 電源適配器

CCG3作為DFP（電源提供者），支持最高20 V、100 W的功率配置文件?？沈?qū)動(dòng)兩種類型的FET，通過GPIO指示FET類型。集成所有終端電阻，可通過GPIOs或串行接口選擇功率配置文件，監(jiān)控VBUS電壓，提供放電路徑和過流保護(hù)。

6.2 移動(dòng)電源

Type - C接口可用于供電和充電，CCG3可協(xié)商電源合同，控制和驅(qū)動(dòng)電源路徑FET，監(jiān)控過流和過壓情況。

6.3 USB Type - C轉(zhuǎn)DisplayPort適配器

實(shí)現(xiàn)支持DisplayPort替代模式的PC與具有DisplayPort接口的傳統(tǒng)顯示器之間的連接，滿足VESA DisplayPort Alt Mode on USB Type - C標(biāo)準(zhǔn)的要求。

6.4 USB Type - C轉(zhuǎn)HDMI適配器

實(shí)現(xiàn)支持DisplayPort替代模式的PC與具有HDMI接口的傳統(tǒng)顯示器之間的連接，支持最高4K超高清（3840x2160）@60 Hz的顯示輸出。

6.5 筆記本電腦DRP應(yīng)用

Type - C端口可作為電源提供者或消費(fèi)者，CCG3與嵌入式控制器通過 (I^{2}C) 通信，控制數(shù)據(jù)多路復(fù)用器以路由高速信號。

6.6 直通擴(kuò)展塢

實(shí)現(xiàn)USB Type - C筆記本電腦與HDMI顯示器、傳統(tǒng)USB設(shè)備和千兆以太網(wǎng)的連接，同時(shí)支持USB Type - C充電。

七、電氣規(guī)格

文檔詳細(xì)列出了EZ - PD? CCG3的絕對最大額定值、設(shè)備級規(guī)格、I/O規(guī)格、數(shù)字外設(shè)規(guī)格、系統(tǒng)資源規(guī)格等，為工程師在設(shè)計(jì)電路時(shí)提供了重要的參考依據(jù)。例如，在電源規(guī)格方面，明確了VSYS、VDDIO、VCCD等電源的電壓范圍和電流消耗；在I/O規(guī)格方面，規(guī)定了輸入輸出電壓閾值、拉電阻值、電容等參數(shù)。

八、訂購信息

文檔提供了EZ - PD CCG3的訂購信息，包括不同型號的應(yīng)用場景、終端電阻、角色、默認(rèn)固件、封裝和Si ID等，方便工程師根據(jù)項(xiàng)目需求選擇合適的型號。

九、總結(jié)

EZ - PD? CCG3以其高度集成的特性、豐富的功能模塊和廣泛的應(yīng)用場景，為電子工程師在設(shè)計(jì)USB Type - C相關(guān)設(shè)備時(shí)提供了強(qiáng)大的支持。無論是在電源管理、數(shù)據(jù)傳輸還是安全認(rèn)證方面，CCG3都展現(xiàn)出了卓越的性能。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，工程師還需要根據(jù)具體的項(xiàng)目需求，結(jié)合其電氣規(guī)格和引腳定義，合理設(shè)計(jì)電路板和編寫固件，以充分發(fā)揮CCG3的優(yōu)勢。大家在使用過程中是否遇到過一些特殊的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。