TMUXHS221LV：USB 2.0 高速信號傳輸?shù)睦硐胫x

在電子設(shè)備的設(shè)計中，高速信號的傳輸和處理一直是工程師們關(guān)注的重點。今天，我們要介紹一款由德州儀器（TI）推出的高速雙向 2:1 或 1:2 多路復(fù)用器或多路信號分離器開關(guān)——TMUXHS221LV，它在 USB 2.0 以及 eUSB2 LS、FS 和 HS 信號傳輸方面表現(xiàn)出色。

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一、產(chǎn)品概述

TMUXHS221LV 是一款針對 USB 2.0 以及 eUSB2 LS、FS 和 HS 信號傳輸進行優(yōu)化的模擬無源開關(guān)。它支持高達 3Gbps 差分信號的開關(guān)，可支持高達 3.3V 的大多數(shù) CMOS 信號的模擬開關(guān)，數(shù)據(jù)引腳可承受 5V 電壓。該器件具有出色的高速性能，能將 USB 2.0 或 eUSB2 HS 信號眼圖的衰減降至超低水平，而且通道導(dǎo)通電阻、高帶寬、低反射和低附加抖動也非常低，非常適合用于多種高速接口。

二、產(chǎn)品特性亮點

（一）電氣性能優(yōu)越

• 電壓兼容性強：支持電壓范圍為?0.3V 至 3.6V 的差分或單端 CMOS 信號傳輸，數(shù)據(jù)引腳可承受 5V 電壓，能適應(yīng)多種不同的信號環(huán)境。
• 低導(dǎo)通電阻：當(dāng) $V{I/O}=0V$ 時，$R{ON}$ 低至 3Ω，這有助于減少信號傳輸過程中的損耗，提高信號的質(zhì)量。
• 高帶寬：-3dB 帶寬為 3.3GHz，非常適合 240MHz 下的 USB 2.0 或 eUSB2 HS 信號，在該頻率下，插入損耗為 -0.4dB，回?fù)p為 -22dB，關(guān)斷隔離或串?dāng)_為 -32dB，能有效保證信號的高速、穩(wěn)定傳輸。

（二）高速性能出色

• 超低眼圖衰減：能夠?qū)?USB 2.0 或 eUSB2 HS 信號眼圖的衰減降至超低水平，垂直和水平 USB 2.0 HS 眼圖衰減極小，同時該器件增加的抖動也可以忽略不計，確保了信號的完整性。
• 良好的差分對內(nèi)延遲性能：數(shù)據(jù)路徑經(jīng)過匹配，可實現(xiàn)出色的差分對內(nèi)延遲性能，進一步提高了信號傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。

（三）其他特性優(yōu)勢

• 寬電源電壓和控制邏輯輸入：采用 1.8V 電源電壓，控制邏輯輸入支持 1.2V 或 1.8V，增加了設(shè)計的靈活性。
• 寬工作溫度范圍：工業(yè)級工作溫度范圍為 -40°C 至 125°C，適用于多種嚴(yán)苛應(yīng)用環(huán)境，如工業(yè)和高可靠性用例。
• 小型封裝：采用小型 10 引腳 1.8mm × 1.4mm UQFN 封裝，節(jié)省了電路板空間，便于進行高密度的設(shè)計。

三、引腳配置與功能

通過這些引腳，我們可以方便地實現(xiàn)對信號的選擇和控制，滿足不同的應(yīng)用需求。

四、應(yīng)用領(lǐng)域與典型案例

（一）應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

TMUXHS221LV 可用于多種高速和低速接口，數(shù)據(jù)速率最高可達 3Gbps，包括 USB 2.0 HS、FS 和 LS、eUSB2 HS、FS 和 LS、$I^{2}C$ 總線、SMBus?、UART?、調(diào)試接口信號、Mipi? CSI - 2 和 DSI、PCIe? 時鐘、DisplayPort? 輔助和熱插拔檢測信號、USB - C? SBU 信號以及 LVDS 等。

（二）典型應(yīng)用案例

1. 路由調(diào)試信號到 USB 端口

在許多電子終端設(shè)備中，如 PC、媒體播放器、銷售點寄存器、打印機、相機、耳機、智能手機和平板電腦等，都需要將調(diào)試信號路由到 USB 2.0 端口。TMUXHS221LV 憑借其靈活的數(shù)據(jù)處理能力和低信號衰減特性，成為了這一應(yīng)用場景的理想選擇。在設(shè)計時，需要注意信號完整性，提供干凈的阻抗和電氣長度匹配的電路板走線，合理設(shè)置控制信號和接地連接，并使用合適的去耦電容。

2. PCIe 時鐘復(fù)用

在使用 TMUXHS221LV 進行 PCIe 時鐘切換的應(yīng)用中，通過 TI 評估板測試，該器件在所有 NOISE_FOLD 和 PCIe 5.0 CK 濾波器版本下增加的抖動小于 10 fs，遠(yuǎn)低于 PCIe 5.0 時鐘規(guī)格要求，能夠很好地滿足 PCIe 時鐘復(fù)用的需求。

3. USB - C SBU 復(fù)用

TMUXHS221LV 可用于 USB Type - C 接口的 SBU 交叉復(fù)用，以實現(xiàn) DisplayPort（DP）備用模式。該器件具有足夠的帶寬來支持快速輔助（AUX）信號，并且能夠處理 DP AUX 信號的不對稱偏置。

4. 切換 USB 端口

在手持便攜式設(shè)備及其連接的擴展塢之間切換 USB 端口時，TMUXHS221LV 可以發(fā)揮重要作用，確保信號的穩(wěn)定傳輸。

五、設(shè)計注意事項

（一）電源供應(yīng)

TMUXHS221LV 不需要特定的電源供應(yīng)順序，但建議在 VCC 穩(wěn)定且符合規(guī)格后再啟用設(shè)備。同時，應(yīng)在靠近 VCC 引腳處放置足夠的去耦電容，以保證電源的穩(wěn)定性。

（二）布局設(shè)計

• 阻抗匹配：高速 USB 連接通過屏蔽雙絞線電纜實現(xiàn)，具有差分特性阻抗。在布局中，D + 和 D - 走線的阻抗應(yīng)與電纜的差分特性阻抗匹配，且走線長度不超過 4 英寸，否則可能會影響眼圖性能。
• 電容放置：將電源旁路電容盡可能靠近 VCC 引腳放置，避免靠近 D + / D - 走線，以減少干擾。
• 信號走線：高速 USB 信號應(yīng)盡量減少過孔和拐角的使用，以降低信號反射和阻抗變化。當(dāng)必須使用過孔時，應(yīng)增加其周圍的間隙尺寸以減小電容。
• 避免干擾源：不要將 USB 走線布置在晶體、振蕩器、時鐘信號發(fā)生器、開關(guān)穩(wěn)壓器、安裝孔、磁性設(shè)備或使用時鐘信號的 IC 附近，同時避免高速 USB 信號出現(xiàn)短截線，若無法避免，短截線長度應(yīng)小于 200mm。

六、總結(jié)

TMUXHS221LV 以其出色的高速性能、優(yōu)越的電氣特性和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，為電子工程師在高速信號傳輸和處理方面提供了一個優(yōu)秀的解決方案。在實際設(shè)計中，我們需要充分考慮其特性和設(shè)計要求，合理進行引腳連接、電源供應(yīng)和布局設(shè)計，以確保其性能的充分發(fā)揮。大家在使用過程中，有沒有遇到過類似高速信號處理的挑戰(zhàn)呢？又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。