探索CY7C65213/CY7C65213A USB - UART LP橋接控制器：特性、應(yīng)用與設(shè)計要點

引言

在電子設(shè)計領(lǐng)域，橋接控制器扮演著至關(guān)重要的角色，它能夠?qū)崿F(xiàn)不同接口之間的無縫連接，為設(shè)備的升級和功能擴展提供了便利。CY7C65213和CY7C65213A作為Cypress Semiconductor Corporation推出的USB - UART LP橋接控制器，具備眾多出色的特性和廣泛的應(yīng)用場景。本文將深入探討這兩款控制器的特性、功能、電氣規(guī)格以及應(yīng)用實例，為電子工程師在設(shè)計過程中提供有價值的參考。

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特性概覽

USB兼容性

CY7C65213和CY7C65213A均通過USB 2.0認證，支持全速（12 Mbps）通信。它們支持通信驅(qū)動類（CDC）、個人醫(yī)療設(shè)備類（PHDC）和廠商設(shè)備類，并且符合USB電池充電規(guī)范Rev. 1.2的電池充電器檢測（BCD）要求（僅支持外設(shè)檢測）。此外，芯片集成了USB終端電阻，簡化了設(shè)計。

UART接口

單通道可配置UART接口是這兩款控制器的一大亮點。它支持2針、4針、6針和8針UART接口，數(shù)據(jù)速率最高可達3 Mbps。每個發(fā)送和接收緩沖區(qū)為256字節(jié)，數(shù)據(jù)格式靈活，可配置7或8個數(shù)據(jù)位、1或2個停止位，以及無校驗、偶校驗、奇校驗、標記校驗或空格校驗。同時，支持奇偶校驗、溢出和幀錯誤檢測，以及使用CTS、RTS、DTR、DSR進行流控制，還支持UART中斷信號。需要注意的是，CY7C65213支持單通道RS232/RS422接口，而CY7C65213A則支持RS232/RS422/RS485接口。

GPIO功能

控制器擁有8個通用輸入/輸出（GPIO）引腳，可通過配置工具進行靈活配置。配置選項包括三態(tài)、輸出靜態(tài)1、輸出靜態(tài)0、電源控制、USB發(fā)送時驅(qū)動LED、USB接收時驅(qū)動LED等。GPIO還可以配置為以8 mA的驅(qū)動強度驅(qū)動LED。

其他特性

• 唯一序列號：每個設(shè)備支持唯一序列號功能，當USB - UART LP橋接控制器設(shè)備插入時，可永久固定COM端口號。
• 配置工具：提供Windows配置工具，可用于配置廠商ID（VID）、產(chǎn)品ID（PID）、產(chǎn)品和制造商描述符、UART、充電器檢測和GPIO等參數(shù)。
• 驅(qū)動支持：支持多種操作系統(tǒng)的驅(qū)動，包括Windows 10、8.1、8、7、Vista、XP、Windows CE、Mac OS - X 10.6及更高版本、Linux內(nèi)核版本2.6.35及更高版本以及Android Gingerbread及更高版本。
• 存儲與時鐘：擁有512字節(jié)的閃存用于存儲配置參數(shù)，集成48 MHz時鐘振蕩器，無需外部晶體。
• 低功耗模式：支持USB掛起模式，以降低功耗，同時支持總線/自供電配置，兼容USB 2.0和USB 3.0主機控制器。
• 工作條件：工作電壓范圍為1.71至5.50 V，商業(yè)級工作溫度范圍為0 °C至70 °C，工業(yè)級為 - 40 °C至85 °C，具備2.2 kV HBM的ESD保護，采用符合RoHS標準的封裝。

功能詳解

功能概述

CY7C65213/CY7C65213A是一款完全集成的USB - UART橋接器，通過最少的組件即可將基于UART的設(shè)備升級到USB接口。它集成了USB 2.0全速控制器、UART收發(fā)器、內(nèi)部穩(wěn)壓器、內(nèi)部振蕩器和512字節(jié)閃存，采用32引腳QFN和28引腳SSOP封裝。內(nèi)部閃存用于存儲特定于用戶的USB描述符和GPIO配置，可通過USB接口使用配置工具進行系統(tǒng)內(nèi)編程。Cypress提供免版稅的虛擬COM端口（VCP）設(shè)備驅(qū)動程序，使設(shè)備在PC應(yīng)用中顯示為COM端口，并實現(xiàn)所有UART信號，包括握手和控制信號。

USB和充電器檢測

• USB：內(nèi)置USB 2.0全速收發(fā)器，在USB數(shù)據(jù)線上集成了內(nèi)部USB串聯(lián)終端電阻，并在USBDP上集成了1.5 kΩ上拉電阻。
• 充電器檢測：支持僅用于外設(shè)檢測的BCD，符合USB電池充電規(guī)范Rev. 1.2。支持標準下游端口（SDP）、充電下游端口（CDP）和專用充電端口（DCP），分別允許系統(tǒng)從主機汲取最高500 mA、1.5 A和1.5 A的電流。

串行通信

CY7C65213/CY7C65213A具有串行通信模塊（SCB），每個SCB可實現(xiàn)UART接口。TX和RX線路均有256字節(jié)的緩沖區(qū)。UART接口提供異步串行通信，最高速度可達3 Mbps，支持7至8個數(shù)據(jù)位、1至2個停止位、多種奇偶校驗方式，支持全雙工通信，信號格式與標準UART協(xié)議兼容。此外，還支持常見的UART功能，如奇偶校驗錯誤和幀錯誤檢測，波特率范圍為300波特至3 M波特，可通過配置工具設(shè)置。UART還支持硬件流控制，使用RTS#/CTS#和DTR#/DSR#控制信號對。

GPIO接口

8個GPIO引腳可通過配置工具進行靈活配置，配置選項豐富多樣。例如，可配置為三態(tài)、輸出靜態(tài)電平、控制電源、驅(qū)動LED等。需要注意的是，任何配置為“輸入”的GPIO引腳應(yīng)上拉或下拉，以避免浮動輸入導致的不確定電壓電平，建議在每個輸入引腳上使用10 kΩ上拉或下拉電阻。

系統(tǒng)資源

• 電源系統(tǒng)：支持USB掛起模式以控制功耗，可在3.15 V至5.5 V的總線供電或自供電模式下工作。
• 時鐘系統(tǒng)：完全集成的時鐘系統(tǒng)，無需外部晶體，內(nèi)部48 MHz振蕩器是主要的內(nèi)部時鐘源，同時還具備內(nèi)部32 kHz振蕩器。
• 復位：復位模塊確?？煽康纳想姀臀唬乖O(shè)備回到默認已知狀態(tài)。RESET#（低電平有效）引腳可由外部設(shè)備用于復位CY7C65213/CY7C65213A。
• 掛起和恢復：當USB總線進入掛起狀態(tài)時，設(shè)備會置位SLEEP#引腳，以滿足USB 2.0規(guī)范的嚴格掛起電流要求。設(shè)備可在USB總線上檢測到任何活動或RI#（配置為喚醒）引腳置位時從掛起狀態(tài)恢復。
• 喚醒：RI#（配置為喚醒）引腳用于在USB總線上生成遠程喚醒信號，前提是主機通過SET_FEATURE請求啟用此功能。設(shè)備在USB枚舉過程中通過配置描述符向主機傳達對遠程喚醒的支持。

軟件支持

Cypress提供了完整的軟件驅(qū)動程序和配置工具，以支持系統(tǒng)開發(fā)過程中的產(chǎn)品配置。針對不同操作系統(tǒng)，提供了相應(yīng)的驅(qū)動支持，如Linux的用戶模式USB驅(qū)動庫（libcyusbserial.so）、Android的Java類（CyUsbSerial.java）、Mac OSx的動態(tài)鏈接共享庫（CyUSBSerial.dylib）以及Windows的用戶模式動態(tài)鏈接庫（CyUSBSerial DLL）和虛擬COM端口驅(qū)動（CyUSBSerial.sys）。同時，還提供了Windows專用的設(shè)備配置工具，可用于查看和配置設(shè)備的初始化參數(shù)。

內(nèi)部閃存配置

內(nèi)部閃存可用于存儲各種配置參數(shù)，如USB廠商ID、產(chǎn)品ID、制造商和產(chǎn)品字符串、電源模式、最大電流消耗、USB接口協(xié)議等?？赏ㄟ^免費的配置工具在USB接口上對這些參數(shù)進行配置，以滿足特定應(yīng)用需求。

電氣規(guī)格

絕對最大額定值

超過絕對最大額定值可能會縮短設(shè)備的使用壽命，包括存儲溫度范圍為 - 55 °C至 + 100 °C，工業(yè)環(huán)境下的環(huán)境溫度范圍為 - 40 °C至 + 85 °C，電源電壓的最大值等。同時，具備2.2 kV HBM的靜電放電（ESD）保護水平。

工作條件

工業(yè)級工作溫度范圍為 - 40 °C至 + 85 °C，VCC電源電壓范圍為3.15 V至5.25 V，VCCIO電源電壓范圍為1.71 V至5.50 V，VCCD電源電壓范圍為1.71 V至1.89 V。

設(shè)備級規(guī)格

包括直流規(guī)格和交流規(guī)格，如VCC、VCCIO、VCCD的電壓范圍，工作電源電流、USB掛起電源電流等參數(shù)，以及USB驅(qū)動輸出阻抗、從USB掛起模式喚醒的時間等交流參數(shù)。

GPIO規(guī)格

包括GPIO的直流規(guī)格和交流規(guī)格，如輸入電壓高/低閾值、輸出電壓高/低電平、上拉/下拉電阻、輸入泄漏電流、輸入電容、輸入滯后等參數(shù)，以及不同模式下的上升時間和下降時間。

復位規(guī)格

復位引腳的直流規(guī)格包括輸入電壓高/低閾值、上拉電阻、輸入電容和輸入電壓滯后，交流規(guī)格包括復位脈沖寬度。

UART規(guī)格

UART的交流規(guī)格主要包括UART比特率，范圍為0.3至3000 kbps。

閃存規(guī)格

閃存的耐用性為100K周期，在TA ≤ 85 °C且進行10K次編程/擦除周期的情況下，數(shù)據(jù)保留時間為10年。

引腳描述

詳細介紹了CY7C65213 - 28PVXI / CY7C65213A - 28PVXI（28引腳SSOP）和CY7C65213 - 32LTXI / CY7C65213A - 32LTXI（32引腳QFN）的引腳功能和用途，包括數(shù)據(jù)傳輸、控制信號、電源引腳、GPIO引腳等。

USB電源配置

USB總線供電配置

VBUS直接連接到CY7C65213/CY7C65213A，因為芯片具有內(nèi)部穩(wěn)壓器。系統(tǒng)在USB枚舉前的電流消耗不應(yīng)超過100 mA，在USB掛起模式下不應(yīng)超過2.5 mA，高功率總線供電系統(tǒng)需使用POWER#控制電流消耗，且從USB主機汲取的電流不應(yīng)超過500 mA。

自供電配置

VCC由USB VBUS供電，同時用于檢測USB連接；VCCIO由外部電源供電。VBUS用于控制CY7C65213/CY7C65213A的RESET#引腳，確保在USB主機斷電時符合USB 2.0規(guī)范。

USB總線供電且I/O電壓可變配置

使用低壓差（LDO）穩(wěn)壓器提供1.8 V或3.3 V的輸入電壓，通過跳線開關(guān)選擇VCCIO的電壓，允許I/O電壓和外部邏輯電源在1.8 V、3.3 V或5 V之間選擇。系統(tǒng)同樣需滿足USB枚舉前和掛起模式下的電流限制要求。

應(yīng)用實例

USB到RS232轉(zhuǎn)換器

CY7C65213/CY7C65213A可將任何帶有串行端口的嵌入式系統(tǒng)通過USB連接到主機PC，在主機PC上枚舉為COM端口。RS232協(xié)議采用雙極性信號，需要RS232電平轉(zhuǎn)換器進行極性反轉(zhuǎn)和電壓電平轉(zhuǎn)換。GPIO4可配置為SLEEP#或POWER#，連接到RS232電平轉(zhuǎn)換器的SHDN#引腳，GPIO0和GPIO1可配置為TXLED#和RXLED#以驅(qū)動LED指示數(shù)據(jù)傳輸和接收?？赏ㄟ^簡單的回環(huán)測試驗證USB - RS232轉(zhuǎn)換器的功能。

USB到RS485應(yīng)用

CY7C65213A可配置為USB到UART接口，UART接口為TTL電平，可通過GPIO和半雙工RS485收發(fā)器IC將其轉(zhuǎn)換為RS485接口。RS485是多節(jié)點網(wǎng)絡(luò)，電纜兩端需要進行終端匹配。

電池供電的總線供電USB到MCU并帶有電池充電檢測

CY7C65213/CY7C65213A作為USB到微控制器的接口，TXD和RXD用于數(shù)據(jù)傳輸，RTS#和CTS#用于握手。GPIO4配置為SLEEP#指示設(shè)備是否處于USB掛起模式，RI#引腳配置為喚醒USB主機控制器。該應(yīng)用實現(xiàn)了電池充電檢測功能，系統(tǒng)需滿足電池供電和USB供電的相關(guān)電流限制要求，可通過配置BCD0和BCD1信號來指示USB充電器類型和電池充電器可從VBUS汲取的電流。

LED接口

任何GPIO引腳都可配置為驅(qū)動LED，提供TXLED#、RXLED#和TX或RX LED#三種配置選項，可實現(xiàn)單LED或雙LED配置，用于指示USB數(shù)據(jù)傳輸和接收。

訂購信息

提供了CY7C65213和CY7C65213A的訂購代碼和對應(yīng)的封裝信息，包括28引腳SSOP和32引腳QFN封裝，以及工業(yè)級的工作范圍。

總結(jié)

CY7C65213和CY7C65213A USB - UART LP橋接控制器以其豐富的特性、靈活的配置和廣泛的應(yīng)用場景，為電子工程師在設(shè)計USB - UART接口時提供了優(yōu)秀的解決方案。無論是在電池供電設(shè)備、USB到UART電纜、工業(yè)測試和測量設(shè)備還是其他應(yīng)用領(lǐng)域，這兩款控制器都能發(fā)揮重要作用。在實際設(shè)計過程中，工程師需要根據(jù)具體需求合理配置控制器的參數(shù)，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能。同時，充分利用Cypress提供的軟件工具和技術(shù)支持，能夠加快設(shè)計進度，提高設(shè)計質(zhì)量。你在使用這兩款控制器的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。