USB2502 2 - Port USB 2.0 Hub Controller 深度解析

在電子設(shè)備日益普及的今天，USB 接口的應(yīng)用無處不在。而 USB 集線器（Hub）作為擴(kuò)展 USB 接口數(shù)量的重要設(shè)備，其性能和功能對(duì)于設(shè)備的使用體驗(yàn)至關(guān)重要。今天，我們就來深入探討一下 Microchip 公司的 USB2502 2 - Port USB 2.0 Hub Controller。

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一、產(chǎn)品概述

USB2502 是一款完全符合 USB 2.0 規(guī)范的 2 端口集線器控制器。它可以作為全速集線器或全速/高速集線器連接到 USB 主機(jī)，支持在所有啟用的下游端口上連接低速、全速和高速（如果作為高速集線器運(yùn)行）的下游設(shè)備。該集線器與外部 USB 電源分配開關(guān)設(shè)備配合工作，以控制向下游端口的 (V_{BUS}) 切換，限制電流并檢測(cè)過流情況。

二、產(chǎn)品亮點(diǎn)

1. 集成 USB 2.0 兼容 2 端口集線器

• 速度兼容性：支持高速（480Mbits/s）、全速（12Mbits/s）和低速（1.5Mbits/s），能滿足不同設(shè)備的連接需求。
• 電源管理：具備完整的電源管理功能，采用聯(lián)動(dòng)電源控制，可檢測(cè)總線電源/自供電電源源，并自動(dòng)切換模式。

  2. 完全符合 USB 2.0 規(guī)范

• 包含 USB 2.0 收發(fā)器，確保與 USB 2.0 設(shè)備的良好兼容性。

  3. 多種配置方式

• 通過單個(gè)串行 (I^{2}C) EEPROM 或 SMBus 從端口進(jìn)行 VID/PID/DID 和端口配置。
• 即使沒有配置 EEPROM，也有默認(rèn)的 VID/PID/DID，保證基本功能。
• 提供硬件綁定選項(xiàng)，無需外部 EEPROM 或 SMBus 主機(jī)即可進(jìn)行配置。

  4. 內(nèi)部電路設(shè)計(jì)

• 板載 24MHz 晶體驅(qū)動(dòng)電路或 24MHz 外部時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)。
• 內(nèi)部 PLL 用于 480MHz USB 2.0 采樣。
• 內(nèi)部 1.8V 線性穩(wěn)壓器，提供穩(wěn)定的電源。
• 集成 USB 終端和上拉/下拉電阻，簡化外部電路設(shè)計(jì)。
• 內(nèi)部 USB 差分信號(hào)引腳的短路保護(hù)，提高設(shè)備的安全性。

  5. 其他特性

• 支持基本的單色 LED，方便狀態(tài)指示。
• 1.8 伏低功耗核心操作，降低能耗。
• 3.3 伏 I/O，具有 5V 輸入容限，增強(qiáng)了兼容性。
• 提供 36 引腳 QFN 或 48 引腳 TQFP 符合 RoHS 標(biāo)準(zhǔn)的封裝。

三、引腳配置與功能

1. 引腳表

USB2502 提供了 36 - QFN 和 48 - TQFP 兩種封裝的引腳表，涵蓋了上游 USB 2.0 接口、2 端口 USB 2.0 接口、串行端口接口、雜項(xiàng)和電源/接地等多個(gè)部分。這些引腳各自承擔(dān)著不同的功能，例如：

• USBDP0 和 USBDN0：連接到上游 USB 總線數(shù)據(jù)信號(hào)。
• VBUS_DET：檢測(cè)上游 (VBUS) 電源狀態(tài)，用于確定何時(shí)激活內(nèi)部 D + 上拉電阻。

  2. 引腳功能詳細(xì)描述

  每個(gè)引腳的功能都有明確的定義，例如：

• PRTPWR：用于啟用向下游 USB 外設(shè)設(shè)備的電源，其有效信號(hào)電平由 PRTPWR_POL 引腳的電源極性綁定功能決定。
• GR[2:1]/NON_REM[1:0]：既是端口 2 和 1 的綠色指示燈，又可用于端口非可移動(dòng)設(shè)備的綁定選項(xiàng)。

四、功能模塊描述

1. 2 - 端口集線器

• 配置選項(xiàng)：Microchip 集線器支持多種配置方式，包括 SMBus、EEPROM 或內(nèi)部默認(rèn)設(shè)置。配置方法由 CFG_SEL1 和 CFG_SEL0 引腳在 RESET_N 否定后立即確定。
• 關(guān)鍵參數(shù)配置：如 Vendor ID（VID）、Product ID（PID）、Device ID（DID）、自供電/總線供電模式、高速禁用、EOP 禁用、電流傳感、復(fù)合設(shè)備、非可移動(dòng)設(shè)備、端口禁用、動(dòng)態(tài)電源、過流定時(shí)器、自供電最大功率、總線供電最大功率、自供電集線器控制器電流、總線供電集線器控制器電流和上電定時(shí)器等，都可以通過不同的配置方式進(jìn)行設(shè)置。

  2. EEPROM 接口

• 可以通過 2 線（(I^{2}C)）EEPROM 對(duì)集線器進(jìn)行配置。內(nèi)部狀態(tài)機(jī)在配置為支持 EEPROM 時(shí)，會(huì)讀取外部 EEPROM 中的配置數(shù)據(jù)，然后連接到上游 USB 主機(jī)。
• (I^{2}C) EEPROM 接口實(shí)現(xiàn)了 (I^{2}C) 主規(guī)范的子集，遵循標(biāo)準(zhǔn)模式 (I^{2}C) 規(guī)范（100kbit/s 傳輸速率和 7 位尋址）。

  3. SMBus 從接口

• 可以通過 SMBus 接口從外部處理器接收代碼加載，以配置集線器。SMBus 接口與 EEPROM 接口共享相同的引腳，當(dāng) CFG_SEL1 和 CFG_SEL0 激活 SMBus 接口時(shí)，外部 EEPROM 支持將不再可用。
• 支持 Write Byte 和 Read Byte 協(xié)議，用于讀寫設(shè)備中的寄存器。

  4. 默認(rèn)配置選項(xiàng)

• 可以通過內(nèi)部默認(rèn)配置對(duì)集線器進(jìn)行設(shè)置，同時(shí)也提供了默認(rèn)綁定選項(xiàng)，結(jié)合內(nèi)部默認(rèn)值和引腳綁定選項(xiàng)進(jìn)行配置。

  5. 復(fù)位功能

• 集線器有硬件復(fù)位（通過 RESET_N 引腳）和 USB 總線復(fù)位兩種復(fù)位方式。硬件復(fù)位時(shí)，所有下游端口將被禁用，PHYs 被禁用，所有事務(wù)立即終止，內(nèi)部寄存器恢復(fù)到默認(rèn)狀態(tài)等。USB 總線復(fù)位時(shí)，集線器會(huì)設(shè)置默認(rèn)地址為 0，配置為未配置狀態(tài)，取消對(duì)所有下游端口的 PRTPWR 信號(hào)，清除所有 TT 緩沖區(qū)等。

五、測(cè)試與參數(shù)

1. XNOR 測(cè)試

通過驅(qū)動(dòng) TEST 和 CFG_SEL[1] 高電平，驅(qū)動(dòng) SCLK 低電平，并將 RESET_N 從低電平轉(zhuǎn)換為高電平，可以啟用 XNOR 連續(xù)性測(cè)試，測(cè)試除特定引腳外的所有信號(hào)引腳。

2. DC 參數(shù)

• 最大額定值：包括存儲(chǔ)溫度、引腳溫度、電源電壓等參數(shù)的最大限制，超過這些參數(shù)可能會(huì)對(duì)設(shè)備造成永久性損壞。
• 推薦工作條件：規(guī)定了設(shè)備正常工作時(shí)的溫度、電源電壓等條件。
• DC 電氣特性：如輸入緩沖器的高低電平、遲滯、輸入泄漏電流、輸出緩沖器的高低電平、輸出泄漏電流等參數(shù)。

  3. AC 規(guī)格

• 振蕩器/時(shí)鐘：晶體采用并聯(lián)諧振、基模、24 MHz ±100ppm；外部時(shí)鐘要求 50% 占空比 ± 10%，24 MHz ± 100ppm，抖動(dòng) < 100ps rms。
• SMBUS 接口：符合 SMBus 1.0 規(guī)范中僅適用于從設(shè)備的所有電壓、功率和時(shí)序特性及規(guī)格。
• (I^{2}C) EEPROM：頻率固定在 59KHz ± 20%。
• USB 2.0：符合 USB 2.0 規(guī)范的所有電壓、功率和時(shí)序特性及規(guī)格。

六、封裝與支持

1. 封裝外形

提供 36 引腳 QFN（6X6MM 主體 - 0.5MM 間距）和 48 引腳 TQFP（7X7X1.4MM 主體，2MM 引腳間距）兩種封裝外形。

2. 技術(shù)支持

• Microchip 公司通過其網(wǎng)站（www.microchip.com）提供在線支持，包括產(chǎn)品支持、一般技術(shù)支持和業(yè)務(wù)相關(guān)信息。
• 提供客戶變更通知服務(wù)，用戶可以注冊(cè)以接收指定產(chǎn)品系列或開發(fā)工具的相關(guān)變更、更新、修訂或勘誤的電子郵件通知。
• 用戶可以通過分銷商、當(dāng)?shù)劁N售辦公室、現(xiàn)場應(yīng)用工程師（FAE）或技術(shù)支持渠道獲得產(chǎn)品支持。

綜上所述，USB2502 2 - Port USB 2.0 Hub Controller 是一款功能強(qiáng)大、配置靈活的 USB 集線器控制器，適用于各種需要擴(kuò)展 USB 接口的應(yīng)用場景。在設(shè)計(jì)過程中，電子工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理配置其各項(xiàng)參數(shù)和功能，以確保設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。你在使用 USB2502 過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。