探索Microchip EVB - USB3613評(píng)估板：功能、配置與充電支持全解析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，評(píng)估板是驗(yàn)證和開發(fā)新設(shè)計(jì)的重要工具。今天，我們將深入探討Microchip的EVB - USB3613評(píng)估板，詳細(xì)了解其特點(diǎn)、硬件配置以及電池充電支持等方面的內(nèi)容。

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一、評(píng)估板概述

1.1 產(chǎn)品簡(jiǎn)介

USB3613是一款低功耗、功能齊全且可由OEM配置的多事務(wù)轉(zhuǎn)換器（MTT）USB 2.0集線器控制器，擁有三個(gè)下游端口，專為便攜式應(yīng)用而優(yōu)化。它完全符合USB 2.0規(guī)范、USB 2.0鏈路電源管理（LPM）附錄、高速芯片間（HSIC）USB電氣規(guī)范修訂版1.0，并作為高速集線器連接到上游端口。該3端口集線器支持所有啟用（非HSIC）下游端口上的低速、全速和高速下游設(shè)備，HSIC端口僅支持高速操作，同時(shí)還支持上游和下游電池充電（BC1.2）檢測(cè)。

1.2 主要特性

• 封裝與端口：采用30引腳WLCSP RoHS兼容封裝，具備兩個(gè)USB 2.0下游端口（帶組合端口電源和過(guò)流檢測(cè)）和一個(gè)下游HSIC端口（下游端口3）。
• 速度兼容性：支持高速（480 Mbps）、全速（12 Mbps）和低速（1.5 Mbps）操作。
• 電池充電支持：所有下游USB端口支持高達(dá)2A的USB電池充電（BC1.2 CDP、SDP和DCP）。
• 配置靈活性：支持內(nèi)部默認(rèn)集線器配置，也可選擇通過(guò)外部SPI或EEPROM進(jìn)行配置。
• 其他特性：提供SMBus接口頭，采用低成本4層節(jié)省空間設(shè)計(jì)，支持自供電操作，配備板載MCP1725 +3.3 VDC、0.5 Amp穩(wěn)壓器，帶有+5V、復(fù)位、集線器連接和端口電源LED指示燈，提供ESD/EMI組件占位（可選），采用單個(gè)12 MHz晶體時(shí)鐘源，具備外部GPIO引腳頭，同時(shí)提供原理圖、布局和物料清單以減少新產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間。

1.3 總體描述

EVB - USB3613BC評(píng)估板是一個(gè)基于4層RoHS兼容印刷電路板（PCB）的評(píng)估和演示平臺(tái)，展示了USB3613超快速USB 2.0集線器的獨(dú)特功能。它采用低成本PCB實(shí)現(xiàn)，為兩個(gè)下游USB 2.0端口提供組合端口電源控制，這兩個(gè)端口均配備高電流端口電源控制器，可作為高電流即插即用端口充分支持USB電池充電。需要注意的是，5 VDC的總電流消耗不要超過(guò)4A。該評(píng)估板支持內(nèi)部默認(rèn)配置設(shè)置，也可通過(guò)外部 (I^{2} C^{TM}) EEPROM（可選）實(shí)現(xiàn)自定義配置功能。

二、硬件配置

2.1 硬件描述

EVB - USB3613板上有一個(gè)MCP1725（U6）穩(wěn)壓器，為集線器設(shè)備電路生成+3.3 VDC，并執(zhí)行電壓監(jiān)控和RESETn功能。USB3613通過(guò)片上+1.2 VDC穩(wěn)壓器為內(nèi)部使用生成自己的+1.2 VDC，在掛起期間，與振蕩器和鎖相環(huán)（PLL）相連的內(nèi)部+1.2 VDC穩(wěn)壓器會(huì)關(guān)閉以最小化掛起電流。下游端口電源通過(guò)U1和U2兩個(gè)獨(dú)立的電源開關(guān)分配，每個(gè)端口最高可達(dá)2A。同樣要注意，+5 VDC的總電流消耗不要超過(guò)4A。下游端口1和端口2具有USB 2.0連接器，帶有符合USB 2.0的去耦和獨(dú)立的屏蔽接地，下游端口3則使用U.FL連接器（J20和J21）來(lái)支持?jǐn)?shù)據(jù)和選通HSIC信號(hào)。

2.1.1 端口分配

下游端口編號(hào)為1到3，端口1和端口2是USB 2.0端口，端口3是HSIC端口。USB3613允許端口1和/或端口2配置為高電流USB電池充電。端口1和端口2的電源通過(guò)AP2111設(shè)備U1和U2控制，每個(gè)設(shè)備為相應(yīng)的下游端口提供高達(dá)2A的電流。這兩個(gè)端口電源控制器通過(guò)USB3613上的共享PRTPWR引腳啟用，同時(shí)該引腳也監(jiān)控兩個(gè)端口電源控制器的過(guò)流情況。整個(gè)評(píng)估板最多提供4A電流。EVB - USB3613必須通過(guò)提供的U.FL同軸電纜，使用Data0（J14）和Strobe0（J15）連接器連接到HSIC上游主機(jī)。移除這些電纜時(shí)，必須使用提供的HSIC提取工具。此外，來(lái)自主機(jī)的外部HUB_CONN端口控制信號(hào)必須連接到J23頭的“HubConn”引腳，當(dāng)檢測(cè)到主機(jī)連接時(shí)，綠色“HubConn” LED D18會(huì)亮起。

2.1.2 USB3613配置

• 默認(rèn)配置：上電時(shí)，USB3613會(huì)搜索包含有效簽名的外部SPI Flash設(shè)備。若不存在SPI設(shè)備，固件會(huì)檢查SMBus是否啟用；若SMBus禁用，會(huì)嘗試從外部 (I^{2} C) EEPROM加載配置；若均未檢測(cè)到外部選項(xiàng)，則使用內(nèi)部默認(rèn)寄存器設(shè)置，并從內(nèi)部ROM代碼設(shè)置供應(yīng)商ID、產(chǎn)品ID、語(yǔ)言ID、設(shè)備ID和其他設(shè)置。
• SPI Flash選項(xiàng)：若上電時(shí)存在外部SPI Flash設(shè)備，外部ROM將啟用，并從外部SPI設(shè)備啟動(dòng)代碼執(zhí)行。EVB - USB3613上的SPI Flash設(shè)備默認(rèn)已安裝，可通過(guò)短接J33 “SPI Hold”兩引腳頭將該設(shè)備置于復(fù)位狀態(tài)。
• SMBus選項(xiàng)：SMBus接口默認(rèn)通過(guò)SMBCLK上的100 kOhm下拉電阻禁用。要啟用SMBus，需使用強(qiáng)上拉電阻將SMBCLK引腳拉高到+3.3 VDC，通常在插入J13 SMBus頭的外部SMBus工具中實(shí)現(xiàn)。所有設(shè)備配置必須通過(guò)Pro - Touch編程工具執(zhí)行，具體信息可聯(lián)系當(dāng)?shù)劁N售代表。啟用SMBus后，固件將GPIO配置為SMBus從設(shè)備，等待SMBus配置。
• EEPROM選項(xiàng)：若USB3613未檢測(cè)到SMBus接口，會(huì)檢查 (I^{2} C) EEPROM（默認(rèn)未安裝）。當(dāng)存在外部?jī)删€ (I^{2} C) EEPROM時(shí)，EVB - USB3613會(huì)從其加載配置。EEPROM必須直接安裝或通過(guò)位于U8占位的DIP插座安裝，并且“Manual (I^{2} C) Enable”頭J11和J12必須設(shè)置為啟用此選項(xiàng)。默認(rèn)情況下，J11和J12保持開路， (I^{2} C) 接口僅通過(guò)外部EEPROM設(shè)備中的上拉電阻啟用。當(dāng)J11和J12都跳線時(shí)， (I^{2} C) 接口上的SDA和SCL會(huì)外部拉高到+3.3 VDC。EEPROM必須在安裝前預(yù)先編程，因?yàn)镋VB - USB3613連接到HSIC主機(jī)。EVB - USB3613BC與多家制造商的 (I^{2} C) EEPROM兼容，內(nèi)存容量至少為512字節(jié)。

2.1.3 時(shí)鐘源

默認(rèn)情況下，評(píng)估板上安裝了一個(gè)12 MHz振蕩器OSC1作為USB3613的時(shí)鐘源。如果需要，也可以將替代時(shí)鐘源注入J54 SMA “External Clock Input”連接器。REFSEL[1:0]引腳默認(rèn)都拉高到+3.3 VDC，將USB3613配置為輸入?yún)⒖紩r(shí)鐘頻率為12 MHz。

2.1.4 電源

EVB - USB3613僅支持自供電操作，由一個(gè)+5 VDC穩(wěn)壓外部直流電源供電。+5 VDC、4A外部直流電源插頭插入板上的2.1 mm連接器J8，外部電源控制板上的+3.3 VDC MCP1725電壓穩(wěn)壓器。評(píng)估板的設(shè)置使得+5 VDC為USB3613上的VBAT供電，進(jìn)而為內(nèi)部+3.3 VDC穩(wěn)壓器供電，+3.3 VDC從VDD33電源引腳輸出，然后通過(guò)VDDCRREG引腳為內(nèi)部+1.2 VDC穩(wěn)壓器供電，最終+1.2 VDC從USB3613的VDDCR12引腳輸出，因此USB3613完全由外部電源的+5 VDC輸出供電。

2.1.5 指示燈

• Powered State LED（D5）：指示+5 VDC電源是否存在。
• RESETn LED（D6）：指示RESETn信號(hào)是否為低電平，即USB3613是否處于復(fù)位狀態(tài)。
• Port Power LEDs（D1和D2）：指示+5 VDC端口電源是否可用于相關(guān)的下游USB端口。
• Hub Connect LED（D18）：指示上游HSIC主機(jī)是否存在。

2.1.6 連接器

三、電池充電支持

3.1 充電模式

EVB - USB3613支持多種電池充電模式，提供了一系列靈活的配置解決方案。下游端口1和端口2可以通過(guò)OTP、下載到板載SPI Flash的外部固件或通過(guò)SMBus命令單獨(dú)配置為電池充電，每個(gè)端口的配置相互獨(dú)立。電池充電機(jī)制會(huì)自動(dòng)在執(zhí)行BC1.2 CDP握手（允許在充電時(shí)與USB主機(jī)進(jìn)行全USB通信）的狀態(tài)和模擬充電設(shè)備供應(yīng)商專用充電器的狀態(tài)之間切換端口，從而支持BC1.2 CDP模式和DCP模式下專用充電器的模擬，而不會(huì)干擾連接到該端口的任何USB 2.0設(shè)備的正常USB操作。電池充電通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)端口電源控制器實(shí)現(xiàn)。

3.2 充電端口角色

EVB - USB3613支持的充電端口角色包括：

• BC1.2充電下游端口（CDP）：支持1.5A帶數(shù)據(jù)充電。不遵循BC1.2 CDP規(guī)范的設(shè)備插入時(shí)，端口在檢測(cè)到下游設(shè)備且無(wú)BC1.2 CDP握手后會(huì)切換到SDP角色，允許正常USB操作；遵循BC1.2 CDP規(guī)范的設(shè)備插入時(shí)，端口會(huì)先執(zhí)行BC1.2 CDP握手，告知設(shè)備可超過(guò)USB指定電流限制，握手完成后切換到SDP角色，設(shè)備拔出后端口切換回CDP角色。
• 標(biāo)準(zhǔn)下游端口（SDP）：端口處于SDP角色時(shí)，表現(xiàn)為正常的集線器端口，允許連接的下游設(shè)備進(jìn)行完整的USB功能。
• 專用充電器模擬端口（DCP）：EVB - USB3613的專用充電器模擬端口優(yōu)于BC1.2指定的DCP，支持BC1.2兼容充電設(shè)備和許多非BC1.2兼容充電設(shè)備。有動(dòng)態(tài)模式和靜態(tài)模式兩種：
  • 動(dòng)態(tài)模式：端口可動(dòng)態(tài)響應(yīng)插入的設(shè)備，開始時(shí)處于Apple?充電器模擬模式，檢測(cè)到特定設(shè)備時(shí)切換到中國(guó)充電、Blackberry?或BC1.2設(shè)備充電器模擬模式，設(shè)備拔出后重新開始Apple充電器模擬模式。根據(jù)端口功率控制器的能力，有可配置的1A和2A Apple模式，帶有標(biāo)準(zhǔn)端口功率控制器的端口還支持Samsung? Galaxy Tab?充電器模擬。
  • 靜態(tài)模式：可將下游端口配置為固定的充電器模擬狀態(tài)，目前有Apple和Samsung Galaxy Tab或中國(guó)充電固定充電器模擬模式。

當(dāng)端口在不同角色之間切換時(shí)，若需要充電器或USB重新協(xié)商，EVB - USB3613會(huì)適當(dāng)切換連接設(shè)備的電源。當(dāng)某個(gè)端口的電池充電功能禁用時(shí)，該端口作為正常的USB集線器端口工作。在某些情況下，如上游端口未連接到USB主機(jī)或處于USB掛起且USB 2.0遠(yuǎn)程喚醒禁用且下游端口無(wú)USB 2.0設(shè)備連接時(shí)，支持電池充電的端口可進(jìn)入模擬專用充電器的狀態(tài)，但當(dāng)有USB 2.0設(shè)備連接時(shí)，為避免主機(jī)系統(tǒng)意外狀態(tài)和保證設(shè)備能向主機(jī)發(fā)送恢復(fù)信號(hào)，端口不會(huì)進(jìn)入專用充電狀態(tài)。若在USB 2.0掛起且USB 2.0遠(yuǎn)程喚醒禁用時(shí)，USB連接設(shè)備從端口移除，端口會(huì)切換到DCP角色。

四、總結(jié)

Microchip的EVB - USB3613評(píng)估板為電子工程師提供了一個(gè)功能強(qiáng)大且靈活的平臺(tái)，用于開發(fā)和驗(yàn)證USB 2.0集線器相關(guān)的應(yīng)用。其豐富的特性、多樣的配置選項(xiàng)以及對(duì)電池充電的支持，使其適用于各種便攜式設(shè)備的設(shè)計(jì)。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師可以根據(jù)具體需求選擇合適的配置方式和充電模式，以實(shí)現(xiàn)最佳的性能和用戶體驗(yàn)。你在使用類似評(píng)估板的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。