探索Microchip EVB - USB4604評估板：功能、配置與應用

在電子設(shè)計領(lǐng)域，評估板是工程師們快速驗證和開發(fā)新設(shè)計的重要工具。Microchip的EVB - USB4604評估板就是這樣一款具有強大功能和廣泛應用前景的產(chǎn)品。今天，我們就來深入了解一下這款評估板的特點、硬件配置、操作方法以及常見問題解答。

文件下載：EVB-USB4604.pdf

一、評估板概述

1.1 核心功能與特性

USB4604是一款增強型USB集線器，它不僅能作為一個完全兼容的4端口USB 2.0集線器，還在第5個集線器端點上集成了內(nèi)部微處理器，以提供額外的功能。通過這個端點，該集線器可以充當USB到UART或 (I^{2} C) 協(xié)議的橋接器，并且可以通過USB命令手動控制數(shù)字引腳。此外，EVB - USB4604還充分利用了USB4604的FlexConnect功能，允許集線器動態(tài)改變上游端口。

1.2 詳細特性列舉

• 封裝與端口：采用48引腳QFN RoHS兼容封裝，具備一個上游USB或HSIC端口以及四個USB 2.0下游端口，每個下游端口都有獨立的端口電源控制和過流檢測（OCS）功能。
• 速度兼容性：下游USB端口支持高速（480 Mbps）、全速（12 Mbps）和低速（1.5 Mbps）通信。
• 配置靈活性：支持內(nèi)部默認集線器配置，也可通過 (I^{2} C) 或SPI進行外部配置，還提供OTP配置選項來更改默認集線器配置。
• 其他特性：擁有用于電源、數(shù)字引腳和USB端口3和4的訪問頭，支持自供電操作，板載 +5 VDC和 +3.3 VDC穩(wěn)壓器，采用單個24 MHz晶體時鐘源，并且設(shè)計為可與定制板堆疊以進行系統(tǒng)原型設(shè)計。同時，其原理圖、布局和物料清單都可供使用，有助于縮短新產(chǎn)品開發(fā)時間。

1.3 整體描述

EVB - USB4604是一個基于RoHS兼容印刷電路板（PCB）的評估和演示平臺，旨在以低成本的PCB實現(xiàn)方式展示USB4604 USB 2.0集線器控制器的獨特功能。數(shù)字引腳通過排針引出，方便設(shè)計配套板以完成系統(tǒng)原型設(shè)計。該評估板既可以作為獨立集線器使用，也可以作為支持FlexConnect的集線器，或者成為更大系統(tǒng)的一部分。其上游（FLEX）端口和下游（SWAP）端口1默認使用uAB連接器，便于連接USB主機或設(shè)備。此外，它還具備與UCS81001智能端口電源開關(guān)通信的功能，該開關(guān)可作為 (SMBus / I^{2} C) 從設(shè)備，用于配置電流限制并讀取特定端口的電流消耗。

二、硬件配置

2.1 硬件詳細描述

2.1.1 端口分配

USB4604是一個4端口USB集線器，其上游端口可配置為USB或HSIC。當集線器上電或按下RESET按鈕時，會對USB線路進行采樣。如果在電源上電或復位操作（POR）期間USB線路被上拉，則USB端口將被禁用，HSIC端口將被啟用。EVB - USB4604上的SW4開關(guān)用于上拉上游端口（Port 0）的DP/DM引腳。

2.1.2 USB4604配置

USB4604具有多種配置方式，EVB - USB4604提供了三種配置選項：

• 默認/OTP選項：默認情況下，EVB - USB4604會從設(shè)備的內(nèi)部ROM加載所有配置選項。USB4604會加載默認配置，然后應用通過ProTouch工具加載的任何額外OTP命令。
• (I^{2} C)/SMBus選項：USB4604可以作為SMBus從設(shè)備。具有 (I^{2} C) 或SMBus主控制的板載微控制器系統(tǒng)可以通過此接口自定義USB4604。EVB - USB4604可以通過開關(guān)SW3啟用和禁用SMBus從接口，該開關(guān)會將SMBus引腳連接到SMBus線路的上拉電阻或接地。SMBus引腳在POR期間進行采樣，因此必須在板上電或nRESET引腳先拉低再拉高之前設(shè)置開關(guān)。SMBus線路還連接到UCS81001端口電源控制器，以便SMBus主設(shè)備與EVB - USB4604上的所有設(shè)備進行通信。
• SPI選項：USB4604可以加載Microchip開發(fā)的固件以滿足特定應用需求，也可以加載特定產(chǎn)品編號的產(chǎn)品固件。USB4604 - 1050、USB4604 - 1080和USB4604 - 1090都可以通過SPI閃存加載，從而使用同一塊板評估每個產(chǎn)品。要對SPI閃存進行編程，需確保其已上電，并使用ProTouch工具加載自定義固件。在USB4604上電前，在J11上放置分流跳線以從SPI閃存加載固件；移除跳線后，USB4604將使用內(nèi)部ROM和OTP設(shè)置。

2.1.3 電源供應

EVB - USB4604允許訪問VBAT和VDDCOREREG電源引腳。為了評估特定應用中的電流消耗，可以使用外部電源僅為USB4604供電。通過J15和J16接頭可以訪問電源引腳，J15的引腳1連接到USB4604的VDD33穩(wěn)壓器輸出，引腳2連接到VDDCOREREG；J16的引腳1連接到VBAT，引腳2連接到板上的5V電源。

2.1.4 FlexConnect和端口電源控制

要使用FlexConnect功能，需要將以下引腳連接到正確的控制線：

• SUSP/PIO0：控制FLEX或Port0端口電源控制器。在Flex狀態(tài)下，PIO0引腳將上拉至3.3V，并在下游端口1出現(xiàn)過流事件時報告（如果該引腳被拉低）。在J4上放置分流跳線可實現(xiàn)此連接。
• VBUS_DET：用于通知集線器進行枚舉。如果該引腳為低電平，集線器將不會嘗試與主機控制器通信。J2通過分壓器將該引腳連接到Port0的VBUS。
• PIO8：用于驅(qū)動EVB - USB4604上uAB連接器的ID引腳。支持OTG的USB設(shè)備使用ID引腳來確定是作為主機還是設(shè)備運行。在正常應用中，USB電纜通過將ID引腳接地或浮空來終止該引腳。OTG端口在ID引腳接地時提供VBUS并作為USB主機，在ID引腳浮空時作為設(shè)備。EVB - USB4604通過將USB4604的數(shù)字輸出路由到連接器的ID引腳，利用了這種信號機制，允許USB4604管理方向控制。如果主機系統(tǒng)希望管理方向控制，可以隔離數(shù)字引腳。J3將該引腳連接到Port0的ID。
• PRTPWR1：轉(zhuǎn)變?yōu)镻RTCTL1角色，控制SWAP或Port1端口電源控制器。在默認狀態(tài)下，PRTCTL1引腳將上拉至3.3V，并在下游端口1出現(xiàn)過流事件時報告（如果該引腳被拉低）。在J9的引腳1和2上放置分流電阻將UCS81001的ALERT#連接到PRTCTL1引腳以注冊過流事件。
• OCS1_N：在Flex狀態(tài)下通知集線器進行枚舉。在J9的引腳3和4之間放置分流電阻將該引腳連接到Port1的VBUS。
• PIO10：用于驅(qū)動Port1的ID引腳，其功能與PIO8類似，但在默認狀態(tài)下拉高，在Flex狀態(tài)下拉低。

2.1.5 數(shù)字引腳訪問

USB4604還可以作為USB橋接器來控制系統(tǒng)中的其他組件。USB2530 SDK允許USB主機發(fā)送SMBus/(I^{2} C) 或UART命令，以訪問不支持USB協(xié)議的其他設(shè)備。此外，還有一些引腳可以配置為通用數(shù)字引腳（PIO）進行靜態(tài)控制。J12和J13提供了對數(shù)字引腳以及端口3和4的DP/DM引腳的訪問，這些接頭設(shè)計用于讓系統(tǒng)設(shè)計師創(chuàng)建與EVB - USB4604匹配的電纜或PCB，以評估USB4604在其系統(tǒng)中的功能。由于USB信號的速度較快，DP/DM線路的分支可能會影響通信，因此需要根據(jù)表格更改0歐姆電阻。

2.1.6 連接器介紹

2.1.7 板卡框圖

文檔中提供了EVB - USB4604的基本框圖以及PCB頂部絲印圖像，幫助工程師更好地理解板卡的結(jié)構(gòu)和布局。

三、EVB - USB4604操作

3.1 入門指南

3.1.1 套件內(nèi)容

EVB - USB4604評估套件包括EVB - USB4604評估板，以及12V電源、USB A到uB電纜和定制的5線USB ID直通電纜。

3.1.2 啟動默認版本

EVB - USB4604默認安裝了USB4604 - 1080。為了使集線器正常工作，需要正確放置以下跳線：

• J2：VBUS_DET是集線器枚舉所必需的。
• J6 - 9：引腳2和3需要短路，以確保OCS1引腳從UCS8100x獲得ALERT信號。
• J15：將CORE輸入連接到VDD33穩(wěn)壓器輸出。
• J16：將VBAT引腳連接到板上的5V電源。 其他跳線應保持開路，以獲得集線器的所需功能。當12V電源連接到J1時，5V LED將亮起，所有端口LED也將亮起。將集線器連接到PC，確認PC能夠檢測到集線器。PC還將找到連接到集線器第5個端口的USB2530，它是集線器控制器，其驅(qū)動程序可以在軟件開發(fā)工具包中找到，也可以通過ProTouch安裝。

3.1.3 加載新配置

要評估不同版本，可以使用ProTouch工具對SPI閃存進行編程。首先在J11上安裝跳線以給板上的SPI閃存供電。ProTouch工具以及不同的OTP和SPI配置文件可以在www.microchip.com/usb4604的USB4604產(chǎn)品頁面上找到。USB4604 - 1090版本具有額外的引腳功能，需要與默認的USB4604 - 1080版本不同的跳線配置。評估USB4604 - 1090版本時，需要添加以下跳線：

• J3：將PIO8連接到上游ID引腳，成為FLEX_OUT引腳。
• J4：將PIO0/SUSPEND連接到上游端口電源控制器。
• J5：將PIO10連接到下游ID引腳，成為FLEX_OUT_N引腳。
• J11：為SPI閃存供電以進行臨時評估。
• J9的引腳1和2：將PRTPWR1連接到端口電源控制器的ALERT引腳。
• J9的引腳3和4：將OCS1連接到下游端口的VBUS。 跳線安裝完成后，使用ProTouch工具加載產(chǎn)品頁面上的USB4604 - 1090配置文件。

3.2 板卡操作

3.2.1 OTP和SPI定制

當集線器連接到PC時，可以使用ProTouch工具自定義其行為并加載新配置。ProTouch工具可以將配置文件加載到板上的OTP空間或SPI閃存中。需要注意的是，每個OTP寄存器只能編程一次，因此通過這種方法加載的每個配置文件都會減少剩余的OTP空間。一旦所有OTP寄存器都被寫入，該部件就不能再通過OTP進行配置。要對SPI閃存進行編程和加載固件，必須為其供電。在嘗試編程之前，確保板上有正確的跳線和電源供應。

3.2.2 集線器控制器

集線器還會枚舉USB2530集線器控制器，這使得USB主機可以進行SMBus/(I^{2} C)、UART和GPIO控制。USB2530 SDK提供了必要的驅(qū)動程序和文檔，說明如何實現(xiàn)這些命令。SDK可以在USB4604產(chǎn)品頁面上找到。

3.3 評估不同產(chǎn)品編號

EVB - USB4604默認安裝了USB4604 - 1080固件。要評估USB4604的其他版本，有兩種選擇：

• OTP方式：在EVB網(wǎng)站或當?shù)谾AE處找到OTP文件，使用ProTouch工具（www.microchip.com/protouch）對OTP空間進行編程。具體步驟可在ProTouch文檔中找到，這將永久更改板上安裝的USB4604。
• SPI方式：通過FAE或EVB網(wǎng)站找到所需版本的SPI二進制文件，短接J11上的接頭為板上的SPI閃存供電，將EVB - USB4604連接到Windows主機，使用ProTouch工具（www.microchip.com/protouch）對閃存進行編程，對EVB - USB4604進行電源循環(huán)，新配置將被加載。該過程可以重復多次，不會改變板上安裝的默認部件。

3.4 FlexConnect實現(xiàn)方式

在該評估板上實現(xiàn)FlexConnect有三種方法：

• SMBus方法：通過SMBus方法實現(xiàn)FlexConnect需要將SMBus引腳通過SW3連接到板上的總線，這些引腳在POR期間必須被采樣為高電平。SMBus引腳可以通過J12訪問，默認上拉電壓設(shè)置為板上的3.3V。更多詳細信息可參考FlexConnect應用筆記和SMBus從設(shè)備應用筆記。
• GPIO控制：PIO3