探索CY7C65632和CY7C65634：低功耗USB 2.0集線器控制器的卓越之選

在電子設備不斷發(fā)展的今天，USB集線器作為擴展設備連接能力的重要組件，其性能和功耗成為了設計中的關鍵考量因素。Cypress的CY7C65632和CY7C65634 HX2VL? 非常低功耗USB 2.0集線器控制器以其出色的特性和功能，為工程師們提供了一個理想的解決方案。

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產品特性亮點

高性能與低功耗兼顧

CY7C65632和CY7C65634是高性能、低功耗的USB 2.0集線器，專為低成本設計而優(yōu)化，減少了物料清單（BOM）。它符合USB 2.0規(guī)范，支持多達四個下游端口，且下游端口與全速（FS）、低速（LS）設備向后兼容。采用單個事務轉換器（TT），在降低成本的同時，實現了高效的數據轉換。

極低的功耗設計

該控制器支持總線供電和自供電模式，并能在兩者之間自動切換。內部集成了2K ROM和64字節(jié)RAM的單MCU，實現了最低的功耗。此外，高度集成的解決方案進一步降低了BOM成本，例如內部穩(wěn)壓器僅需單個5V電源，還可通過外部穩(wěn)壓器連接3.3V電源，同時集成了上游上拉電阻和所有下游端口的下拉電阻以及端接電阻。

高集成度與豐富功能

CY7C65632和CY7C65634集成了端口狀態(tài)指示燈控制，可直接支持USB 2.0端口指示燈。采用12 MHz ± 500 ppm的外部晶體，驅動電平為600 W（集成PLL），還可選擇27/48 MHz振蕩器時鐘輸入。內部具備電源故障檢測功能，用于ESD恢復。下游端口管理支持單獨和組合模式的電源管理，具備過流檢測功能，每個下游端口配備兩個端口狀態(tài)指示燈。

高度可配置性

設備的VID和PID可通過外部EEPROM進行配置，端口數量、可移動/不可移動端口也可通過EEPROM和I/O引腳配置。I/O引腳可配置組合/單獨模式的電源切換、參考時鐘源和電源開關使能引腳的極性，還可通過掩碼ROM進行配置。

多樣的封裝與廣泛的溫度范圍

該控制器提供節(jié)省空間的48引腳（7 x 7 mm）TQFP和28引腳（5 x 5 mm）QFN封裝選項，并支持0 °C至70 °C的溫度范圍。

架構與功能模塊

CY7C6563X作為HX2VL系列的一部分，其架構包括多個關鍵功能模塊：

USB串行接口引擎（SIE）

SIE使HX2VL能夠與USB主機進行通信，獨立處理位填充和去填充、校驗和生成與檢查、TOKEN類型識別以及地址檢查等USB活動。

HS USB控制邏輯

“Hub Control”塊協(xié)調枚舉、掛起和恢復操作，生成狀態(tài)和控制信號供主機訪問集線器，還包含幀定時器，用于使集線器與主機同步，其狀態(tài)/控制寄存器作為與MCU中固件的接口。

集線器中繼器

集線器中繼器管理以相同速度運行的上游和下游端口之間的連接，支持全速和高速連接。根據USB 2.0規(guī)范，它能夠在數據包邊界處建立和拆除連接，確保有序進入和退出“掛起”狀態(tài)，包括正確處理遠程喚醒。

MCU

HX2VL配備了具有2K ROM和64字節(jié)RAM的MCU，以12 MHz時鐘運行，用于解碼來自主機的USB命令并響應主機。它還可以處理GPIO設置，為客戶提供更高的靈活性，并控制對具有擴展配置選項的EEPROM的讀取接口，且可根據客戶需求在工廠進行編程。

事務轉換器（TT）

TT用于在不同速度之間轉換數據。當集線器以高速運行（上游端口連接到高速主機控制器）且連接了全速或低速設備時，TT將高速拆分事務轉換為全速或低速事務。設備的運行速度決定了路由邏輯是將端口連接到TT還是集線器中繼器。

端口控制

下游“端口控制”塊處理連接/斷開和過流檢測，以及電源使能和LED控制，同時生成下游收發(fā)器的控制信號。

功能概述與工作流程

系統(tǒng)初始化

上電時，CY7C6563X可以選擇從掩碼ROM中的默認設置進行枚舉，也可以通過讀取外部EEPROM獲取配置信息。EEPROM中包含了供應商ID（VID）和產品ID（PID）等關鍵信息，對于更專業(yè)的應用，還可以指定其他配置選項。在加載EEPROM內容作為描述符之前，CY7C6563X會驗證校驗和。

枚舉

CY7C6563X通過啟用D+上的上拉電阻向上游集線器表明其存在，隨后等待USB總線復位。USB總線復位后，設備處于未尋址、未配置狀態(tài)（配置值設為’0’）。在枚舉過程中，主機設置集線器的地址和配置，配置完成后，集線器的全部功能即可使用。

上游端口

上游端口包含發(fā)射機和接收機狀態(tài)機，根據當前集線器配置，發(fā)射機和接收機可以在高速和全速模式下運行。發(fā)射機狀態(tài)機監(jiān)控上游端口，防止下游端口的錯誤事件傳播，避免集線器被上級集線器禁用或斷開。

下游端口

CY7C6563X最多支持四個下游端口，每個端口可以在EEPROM配置中標記為可用或可移動，也可以通過引腳配置。在集線器配置之前，端口被驅動為SE0（單端零，D+和D–均為低電平）并處于無電狀態(tài)。配置完成后，主機可以通過發(fā)送SetPortPower命令為每個端口供電，端口的連接或斷開事件會被集線器檢測到，并通過狀態(tài)更改端點（端點1）報告給主機。當接收到針對連接設備的端口的SetPortReset請求時，集線器會對相應端口執(zhí)行USB復位，將端口置于啟用狀態(tài)，并在端口啟用后啟用干擾檢測。此外，下游端口可以由主機單獨掛起，當集線器未掛起時，端口上的遠程喚醒事件會通過集線器狀態(tài)更改端點的端口更改指示反映給主機；當集線器掛起時，該事件會直接轉發(fā)給主機，主機可以通過發(fā)送ClearPortSuspend命令恢復端口。

電源切換

CY7C6563X包含用于外部端口電源開關的接口信號，支持通過引腳配置組合和單獨（每個端口）模式。枚舉完成后，主機可以通過發(fā)送SetPortPower請求為每個端口供電，電源切換和過流檢測通過相應的控制信號（PWR#[n]和OVR#[n]）與外部電源開關設備進行管理。支持高/低電平使能的電源開關，其極性可以通過GPIO設置進行配置。

過流檢測

CY7C6563X系列的OVR#[n]引腳連接到外部電源開關的端口過流指示（輸出）信號。檢測到過流情況后，集線器會向主機報告過流狀態(tài)，并禁用向外部電源設備的PWR#[n]輸出。OVR#[n]的建立時間為20 ns，從過流檢測到PWR#[n]失效需要3到4 ms。

端口指示燈

CY7C6563X直接支持USB 2.0端口指示燈，每個下游端口可選支持狀態(tài)指示燈。端口指示燈有自動和手動兩種操作模式，上電時默認為自動模式，此時端口指示燈的顏色（綠色、琥珀色、關閉）指示端口的功能狀態(tài)，設備掛起時LED熄滅。

電源調節(jié)器

CY7C6563X的內部核心邏輯和USB物理層（PHY）正常運行需要3.3 V電源。集成的低壓降電源調節(jié)器將USB電纜（Vbus）的5 V電源輸入轉換為3.3 V電源。當輸入電壓在4.75 V至5.25 V范圍內時，內部電壓參考電路保證3.3 V電源輸出。調節(jié)器的最大電流負載為150 mA，為CY7C6563X正常低于100 mA的功耗提供了余量，片上調節(jié)器的靜態(tài)電流為28 μA。此外，該控制器支持外部調節(jié)和內部調節(jié)兩種方案，用戶可以根據具體需求進行選擇。

引腳配置與EEPROM配置

引腳配置

CY7C6563X提供48引腳TQFP和28引腳QFN兩種封裝，不同封裝的引腳定義和功能各有特點。其中涉及電源和時鐘引腳、系統(tǒng)接口引腳、上游端口引腳、下游端口引腳等，這些引腳的配置決定了設備的工作模式和功能。例如，通過引腳可以配置電源模式（總線供電或自供電）、時鐘源、端口的可移動性、端口數量等。同時，引腳還具有一些特殊功能，如可用于訪問EEPROM、控制LED指示燈等。在使用過程中，需要注意引腳的類型（輸入、輸出、電源/接地等）以及相關的電氣特性，以確保設備的正常運行。

EEPROM配置

系統(tǒng)可以使用默認描述符來配置集線器，也可以通過外部EEPROM為設備提供唯一的VID和PID。CY7C6563X可以與SPI（微線）EEPROM（如93C46）或I2C EEPROM（如24C02）進行通信。不同封裝對EEPROM的支持有所不同，28引腳QFN封裝僅支持I2C EEPROM，而48引腳TQFP封裝則同時支持I2C和SPI EEPROM連接選項，但同一時間只能選擇一種連接方式進行通信。此外，HX2VL只能從SPI EEPROM讀取數據，因此只有I2C EEPROM支持現場編程。CY7C6563X在上電復位后會驗證校驗和，若驗證通過，則從EEPROM加載配置。為防止配置被覆蓋，當存在SPI EEPROM時，AMBER[1]會被禁用。

應用場景與設計資源

典型應用

CY7C65632和CY7C65634適用于多種應用場景，如 docking 站、獨立集線器、監(jiān)控集線器、多功能打印機、數字電視、高級端口復制器、鍵盤集線器和游戲控制臺等。在這些應用中，其高性能、低功耗和高可配置性的特點能夠充分發(fā)揮優(yōu)勢，滿足不同設備的需求。

設計資源

Cypress提供了豐富的設計資源，幫助工程師選擇合適的HX2VL設備并將其快速有效地集成到設計中。在其官方網站（www.cypress.com）上，用戶可以獲取USB產品組合、USB路線圖等信息，還可以通過USB 2.0集線器控制器選擇器（HX2LP、HX2VL）來挑選適合自己的產品。此外，Cypress還提供了大量的USB應用筆記，涵蓋了從基礎到高級的廣泛主題，例如《AN72332 - 使用Cypress的USB 2.0集線器（HX2VL）的系統(tǒng)設計指南》和《AN69235 - 從HX2/HX2LP遷移到HX2VL》，這些應用筆記對于工程師快速上手和深入了解產品具有重要的指導意義。同時，Cypress還提供了參考設計，如CY4608 HX2VL非常低功耗USB 2.0兼容4端口集線器開發(fā)套件和CY4607 HX2VL非常低功耗USB 2.0兼容4端口集線器開發(fā)套件，這些套件包含了開發(fā)所需的硬件原理圖、物料清單、Gerber文件、Orcad文件和詳細的設計文檔，為工程師的設計工作提供了極大的便利。

總結與展望

CY7C65632和CY7C65634 HX2VL? 非常低功耗USB 2.0集線器控制器以其卓越的性能、低功耗、高集成度和可配置性，為電子工程師在設計USB集線器時提供了一個強大的工具。無論是在消費電子、工業(yè)控制還是其他領域，都能夠滿足對USB集線器的多樣化需求。隨著電子技術的不斷發(fā)展，我們期待Cypress能夠繼續(xù)推出更多創(chuàng)新的產品，為電子工程師帶來更多的選擇和便利。在實際應用中，工程師們需要根據具體的設計要求，充分利用該控制器的各種特性和功能，同時結合Cypress提供的豐富設計資源，打造出更加優(yōu)秀的產品。那么，你在使用類似的USB集線器控制器時遇到過哪些問題呢？又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經驗和見解。