探索Cypress HX3系列USB 3.0集線器套件：功能、操作與設(shè)計(jì)解析

在當(dāng)今數(shù)字化時(shí)代，USB接口的應(yīng)用無處不在，而USB 3.0技術(shù)更是以其高速數(shù)據(jù)傳輸和強(qiáng)大的供電能力，成為眾多電子設(shè)備的標(biāo)配。Cypress Semiconductor推出的CY4609、CY4603和CY4613 HX3系列USB 3.0集線器套件，為開發(fā)者提供了一套全面且靈活的解決方案。本文將深入探討這些套件的特點(diǎn)、操作方法以及硬件設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，幫助電子工程師更好地了解和應(yīng)用這些產(chǎn)品。

文件下載：CY4609.pdf

套件概述

HX3系列是符合USB 3.0規(guī)范修訂版1.0的USB 3.0集線器控制器家族，支持低速（LS）、全速（FS）、高速（HS）和超高速（SS）外設(shè)。該系列包含三款套件：

• CY4609參考設(shè)計(jì)套件（RDK）：小尺寸、即用型集線器參考設(shè)計(jì)，適用于快速評(píng)估和開發(fā)。
• CY4603開發(fā)套件（DVK）：提供靈活的配置選項(xiàng)，可全面評(píng)估HX3的所有功能。
• CY4613開發(fā)套件（DVK）：實(shí)現(xiàn)了諸如Shared Link?和ACA - Dock等高級(jí)功能。

功能對(duì)比

套件操作

電源供應(yīng)

每個(gè)套件都需要外部電源適配器供電。CY4609和CY4603使用5 V/4 A AC - DC電源適配器，CY4613使用12 V/3 A AC - DC電源適配器。在通電前，需確保配置模式選擇跳線設(shè)置為自定義固件模式。通電后，電源LED（PWR）會(huì)亮起，表示板已通電；集線器暫停狀態(tài)LED（SUSP）亮起，表示HX3處于暫停模式。

連接到PC

將套件的上游端口通過USB 3.0電纜連接到PC的USB 3.0端口。連接后，SUSP LED的狀態(tài)會(huì)根據(jù)操作系統(tǒng)的不同而變化。在Windows 7系統(tǒng)中，SUSP LED會(huì)熄滅；在Windows 8系統(tǒng)中，SUSP LED會(huì)短暫熄滅，然后在無進(jìn)一步USB活動(dòng)時(shí)再次亮起。通過設(shè)備管理器可以檢查集線器是否成功枚舉。

USB 3.0數(shù)據(jù)傳輸

將USB 3.0認(rèn)證的閃存驅(qū)動(dòng)器連接到下游端口，然后將2 GB文件從閃存驅(qū)動(dòng)器復(fù)制到PC，即可實(shí)現(xiàn)USB 3.0超高速數(shù)據(jù)傳輸。CY4603和CY4613的每個(gè)下游端口都有三個(gè)端口狀態(tài)指示LED，分別指示USB 3.0設(shè)備連接（藍(lán)色）、USB 2.0設(shè)備連接（綠色）和錯(cuò)誤狀態(tài)（琥珀色）。

電池充電

將符合USB - IF電池充電規(guī)范v1.2的設(shè)備（如蘋果設(shè)備）連接到下游端口，套件即可為設(shè)備充電。對(duì)于CY4613套件，電池充電僅支持標(biāo)準(zhǔn)USB 3.0端口和Shared Link USB 2.0端口。

Ghost Charging

即使上游端口未連接到USB主機(jī)，套件也能通過Ghost Charging功能為下游端口連接的設(shè)備充電。在切換到Ghost Charging模式時(shí)，設(shè)備充電會(huì)短暫停止，然后在1 - 2秒內(nèi)恢復(fù)。

配置HX3（CY4603）

CY4603套件可以使用引腳帶GPIO配置HX3。通過設(shè)置不同的跳線，可以實(shí)現(xiàn)如啟用電池充電功能、禁用下游端口等配置。配置前需先關(guān)閉電源，設(shè)置好跳線后再重新通電。

ACA - Dock功能（CY4613）

ACA - Dock功能允許在充電的同時(shí)演示USB主機(jī)功能。通過設(shè)置特定的跳線，可以啟用該功能。將支持OTG主機(jī)功能的手機(jī)連接到套件的上游端口，套件即可為手機(jī)充電，同時(shí)手機(jī)可以枚舉連接到下游端口的設(shè)備。

I2C從模式操作

CY4603和CY4613 DVKs支持I2C從模式操作。通過生成“HX3 I2C從模式文件”，并將其從外部I2C主設(shè)備發(fā)送到套件，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)HX3的配置。

HX3 Blaster Plus工具

HX3 Blaster Plus是一個(gè)基于GUI的工具，用于配置HX3集線器控制器。它可以讀取EEPROM中的配置數(shù)據(jù)、下載自定義固件、下載配置數(shù)據(jù)到EEPROM、擦除EEPROM中的數(shù)據(jù)以及生成用于I2C從模式操作的配置數(shù)據(jù)。

工具設(shè)置

該工具需要安裝在Windows系統(tǒng)的PC上，PC需具備USB 3.0或USB 2.0端口，并通過USB電纜連接到HX3套件。套件需有外部EEPROM通過I2C接口連接到HX3。

操作步驟

1. 連接HX3板到PC：設(shè)置配置模式選擇跳線為自定義固件模式，給HX3板通電，然后將其連接到PC的USB端口。
2. 綁定CYUSBHX3供應(yīng)商驅(qū)動(dòng)：在設(shè)備管理器中找到USB 2.0集線器設(shè)備，更新驅(qū)動(dòng)程序，選擇CYUSBHX3供應(yīng)商驅(qū)動(dòng)進(jìn)行安裝。
3. 配置HX3板：打開HX3 Blaster Plus工具，選擇HX3設(shè)備和配置類型，進(jìn)行配置數(shù)據(jù)的編輯、下載、擦除等操作。
4. 生成“HX3 I2C從模式文件”：在工具中指定配置設(shè)置，通過菜單選項(xiàng)生成該文件。
5. 恢復(fù)CY4613 DVK到出廠默認(rèn)固件：按照特定的跳線設(shè)置和操作步驟，將CY4613 DVK恢復(fù)到出廠默認(rèn)狀態(tài)。
6. 卸載CYUSBHX3供應(yīng)商驅(qū)動(dòng)：在設(shè)備管理器中卸載該驅(qū)動(dòng)，以恢復(fù)集線器的正常功能。

硬件設(shè)計(jì)

CY4609 RDK

• 硬件組成：包括CYUSB3304 - 68LTXC集線器控制器、5 V DC電源插孔、兩個(gè)DC - DC電源調(diào)節(jié)器、四個(gè)USB 3.0下游端口和一個(gè)USB 3.0上游端口、配置模式選擇跳線、16 KB I2C EEPROM、電源LED和集線器暫停狀態(tài)LED以及電流測(cè)量跳線。
• 工作原理：基于CYUSB3304 - 68LTXC集線器控制器，支持四個(gè)USB 3.0下游端口，符合USB 3.0和BC v1.2規(guī)范。通過26 MHz晶體提供時(shí)鐘信號(hào)，EEPROM用于存儲(chǔ)配置數(shù)據(jù)和固件。
• 功能描述：
  • 電源供應(yīng)：使用兩個(gè)DC - DC調(diào)節(jié)器提供3.3 V和1.2 V電源，通過電源開關(guān)控制下游端口的電源，并監(jiān)測(cè)過流情況。
  • 時(shí)鐘和復(fù)位：使用26 MHz晶體提供時(shí)鐘，通過RC電路實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位。
  • USB 3.0端口：上游端口使用USB 3.0認(rèn)證的微B連接器，下游端口使用標(biāo)準(zhǔn)A連接器，所有端口都包含ESD保護(hù)二極管。
  • LED和跳線：電源LED指示板是否通電，暫停狀態(tài)LED指示集線器是否處于暫停狀態(tài)。跳線用于選擇HX3的啟動(dòng)模式。
  • EEPROM通過I2C接口：使用16 KB的I2C EEPROM存儲(chǔ)配置數(shù)據(jù)和固件，支持主從模式。
  • 測(cè)試點(diǎn)：提供多個(gè)測(cè)試點(diǎn)，方便進(jìn)行硬件測(cè)試，但使用時(shí)需注意避免過壓、反壓和短路。

CY4603 DVK

• 硬件組成：CYUSB3314 - 88LTXC集線器控制器、電源供應(yīng)模塊、四個(gè)USB 3.0下游端口和一個(gè)USB 3.0上游端口、配置模式選擇跳線、16 KB EEPROM、電源LED、集線器暫停狀態(tài)LED、端口狀態(tài)指示LED和電流測(cè)量跳線。
• 工作原理：支持四個(gè)下游端口，符合USB 3.0和BC v1.2規(guī)范，每個(gè)下游端口通過電源開關(guān)獨(dú)立控制，可監(jiān)測(cè)過流情況。
• 功能描述：
  • 電源供應(yīng)：與CY4609類似，但使用兩個(gè)雙通道電源開關(guān)分別控制兩個(gè)下游端口。
  • LED和跳線：每個(gè)下游端口有三個(gè)狀態(tài)指示LED，跳線用于選擇啟動(dòng)模式和配置引腳帶功能。
  • EEPROM通過I2C接口：與CY4609相同。
  • 時(shí)鐘和復(fù)位：與CY4609相同。
  • USB端口：上游端口使用標(biāo)準(zhǔn)B連接器，下游端口與CY4609相同。
  • 測(cè)試點(diǎn)：提供多個(gè)測(cè)試點(diǎn)，使用時(shí)需注意避免過壓、反壓和短路。

CY4613 DVK

• 硬件組成：CYUSB3328 - 88LTXC集線器控制器、電源供應(yīng)模塊、兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)USB 3.0下游端口、兩個(gè)Shared Link USB 2.0端口、兩個(gè)Shared Link SS端口和一個(gè)USB 3.0上游端口、配置模式選擇跳線、16 KB EEPROM、電源LED、集線器暫停狀態(tài)LED、端口狀態(tài)指示LED和電流測(cè)量跳線。
• 工作原理：支持六個(gè)下游端口，使用12 V AC - DC適配器供電。
• 功能描述：
  • 電源供應(yīng)：使用12 V DC - DC調(diào)節(jié)器生成5 V電源，通過電源開關(guān)限制電流，再使用與CY4609相同的電路生成3.3 V和1.2 V電源。
  • LED和跳線：與CY4603相同。
  • EEPROM通過I2C接口：與CY4603相同。
  • 時(shí)鐘和復(fù)位：與CY4603相同。
  • Shared Link實(shí)現(xiàn)：DS1和DS2端口實(shí)現(xiàn)了Shared Link功能，可將USB 3.0端口拆分為嵌入式SS端口和標(biāo)準(zhǔn)USB 2.0端口。
  • ACA - Dock實(shí)現(xiàn)：支持ACA - Dock功能，通過特定的跳線設(shè)置實(shí)現(xiàn)。
  • 測(cè)試點(diǎn)：提供多個(gè)測(cè)試點(diǎn)，使用時(shí)需注意避免過壓、反壓和短路。

故障排除

文檔中提供了詳細(xì)的故障排除指南，針對(duì)套件在使用過程中可能出現(xiàn)的問題，如無法通電、設(shè)備管理器中集線器枚舉異常、端口狀態(tài)指示LED不工作等，給出了可能的原因和相應(yīng)的解決方案。

Cypress的HX3系列USB 3.0集線器套件為電子工程師提供了豐富的功能和靈活的配置選項(xiàng)。無論是快速評(píng)估還是深入開發(fā)，這些套件都能滿足不同的需求。通過了解套件的操作方法和硬件設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，工程師可以更好地利用這些套件，開發(fā)出更具競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品。你在使用這些套件的過程中遇到過哪些有趣的問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。