TUSB214：USB 2.0 高速信號(hào)調(diào)節(jié)器的卓越之選

在當(dāng)今數(shù)字化時(shí)代，USB 接口已成為電子設(shè)備中不可或缺的一部分。然而，隨著數(shù)據(jù)傳輸速度的不斷提高，信號(hào)在傳輸過程中面臨著各種挑戰(zhàn)，如信號(hào)損失、失真等問題，嚴(yán)重影響了數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性。為了解決這些問題，德州儀器（TI）推出了 TUSB214 USB 2.0 高速信號(hào)調(diào)節(jié)器，它能夠有效補(bǔ)償傳輸通道中的信號(hào)損失，確保 USB 高速信號(hào)的完整性。今天，我們就來(lái)深入了解一下這款優(yōu)秀的產(chǎn)品。

文件下載：tusb214.pdf

一、TUSB214 概述

TUSB214 是一款專為補(bǔ)償 USB 高速（HS）傳輸通道中碼間干擾（ISI）信號(hào)損失而設(shè)計(jì)的信號(hào)調(diào)節(jié)器。它采用了對(duì) USB 低速（LS）和全速（FS）信號(hào)無(wú)感知的專利設(shè)計(jì)，不會(huì)影響 LS 和 FS 信號(hào)的特征，但能對(duì) HS 信號(hào)進(jìn)行有效的補(bǔ)償。此外，該器件還兼容 USB 2.0、OTG 2.0 和 BC 1.2 協(xié)議，并配備了 BC1.2 充電下行端口（CDP）控制器，可用于 USB 主機(jī)或集線器不支持此類協(xié)議的應(yīng)用場(chǎng)景。

二、特性亮點(diǎn)

2.1 信號(hào)補(bǔ)償與優(yōu)化

• 可編程信號(hào)增益：通過外部電阻實(shí)現(xiàn)可編程信號(hào)增益，可精細(xì)調(diào)整器件性能，優(yōu)化連接器上的高速信號(hào)，有助于通過 USB 高速電氣合規(guī)性測(cè)試。
• DC 升壓配置：通過三電平輸入 DC_BOOST 可配置額外的 DC 升壓，幫助克服電纜損耗，進(jìn)一步提升信號(hào)質(zhì)量。

2.2 低功耗設(shè)計(jì)

具有超低的 USB 斷開和關(guān)斷功耗，在不影響信號(hào)傳輸?shù)那疤嵯?，有效降低了設(shè)備的整體功耗，延長(zhǎng)了電池續(xù)航時(shí)間。

2.3 靈活配置與兼容性

• 引腳搭接或 I2C 配置：支持引腳搭接或通過 I2C 進(jìn)行配置，方便用戶根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行靈活設(shè)置。
• 長(zhǎng)電纜支持：支持長(zhǎng)達(dá) 5 米的通道前或 2 米的通道后電纜長(zhǎng)度，適用于各種復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景。
• D1P/M 和 D2P/M 可互換：D1P/M 和 D2P/M 可互換，且主機(jī)/設(shè)備不可知，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了更大的靈活性。

三、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

TUSB214 的應(yīng)用范圍十分廣泛，涵蓋了各種需要高速 USB 數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)備，如筆記本電腦、臺(tái)式機(jī)、擴(kuò)展塢、平板電腦、手機(jī)、有源電纜、電纜擴(kuò)展器、背板和電視等。在這些設(shè)備中，TUSB214 能夠有效解決信號(hào)損失問題，確保數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸。

四、功能模式詳解

4.1 低速（LS）和全速（FS）模式

在 LS 和 FS 模式下，TUSB214 會(huì)自動(dòng)檢測(cè)連接狀態(tài)，不啟用信號(hào)補(bǔ)償功能，同時(shí) CD 引腳置高。

4.2 高速（HS）模式

當(dāng)檢測(cè)到 HS 連接時(shí)，TUSB214 會(huì)根據(jù) DC_BOOST 引腳的配置和 EQ 引腳上的外部下拉電阻來(lái)啟用信號(hào)補(bǔ)償功能，CD 引腳同樣置高。

4.3 關(guān)機(jī)模式

當(dāng) RSTN 引腳置低時(shí)，TUSB214 進(jìn)入關(guān)機(jī)模式，此時(shí) USB 通道仍可正常工作，但無(wú)信號(hào)補(bǔ)償功能，CD 引腳也無(wú)通道狀態(tài)指示。

4.4 I2C 模式

支持 100 kHz I2C 通信，可用于設(shè)備配置、狀態(tài)回讀和測(cè)試。在該模式下，可通過 I2C 讀寫事務(wù)訪問 7 位從地址 0x2C 的寄存器。

五、典型應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

5.1 典型應(yīng)用示例

在典型應(yīng)用中，D2P 和 D2M 面向 USB 連接器，D1P 和 D1M 面向 USB 主機(jī)。用戶也可根據(jù)需求反轉(zhuǎn)其方向。

5.2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

• 復(fù)位信號(hào)：TUSB214 需要有效的復(fù)位信號(hào)，若微控制器按建議驅(qū)動(dòng) RSTN 引腳，則 RSTN 引腳處無(wú)需電容。
• VREG 引腳：VREG 引腳為內(nèi)部 LDO 輸出，需連接一個(gè) 0.1 μF 的外部電容至地，以穩(wěn)定核心電路。
• AC/DC 升壓設(shè)置：理想的 AC/DC 升壓設(shè)置取決于目標(biāo)平臺(tái)的信號(hào)鏈損耗特性，建議從 AC 升壓級(jí)別 0 開始，根據(jù)需要逐步增加。DC 升壓設(shè)置也應(yīng)按需規(guī)劃。
• 引腳連接：為確保設(shè)備正常工作，D1P 需與 D2P 短接，D1M 需與 D2M 短接。
• 設(shè)備放置：設(shè)備的放置位置應(yīng)根據(jù)應(yīng)用目標(biāo)確定，如要通過 USB 近端眼圖測(cè)試，應(yīng)靠近測(cè)量點(diǎn)；要通過 USB 遠(yuǎn)端眼圖測(cè)試，應(yīng)靠近 USB PHY；若要級(jí)聯(lián)多個(gè) TUSB214 以改善設(shè)備枚舉，應(yīng)置于每個(gè) USB 互連的中間位置。

六、測(cè)試與驗(yàn)證

在構(gòu)建 USB 高速眼圖時(shí)，需遵循特定的測(cè)試程序。對(duì)于主機(jī)端應(yīng)用和設(shè)備端應(yīng)用，分別有不同的測(cè)試步驟，且都需使用 USB-IF 開發(fā)的測(cè)試夾具。在測(cè)試過程中，可通過配置不同的 AC 和 DC 升壓設(shè)置，重復(fù)測(cè)試以找到最佳的信號(hào)補(bǔ)償方案。

七、電源與布局建議

7.1 電源供應(yīng)

上電時(shí)，RSTN 引腳與上電斜坡的相互作用可能導(dǎo)致數(shù)字電路設(shè)置不正確。為確保數(shù)字電路正確上電復(fù)位，需在上電斜坡穩(wěn)定至 3 V 或更高電壓后再啟用設(shè)備。若無(wú)法在斜坡穩(wěn)定前將 RSTN 引腳置低，需在 RSTN 引腳與地之間連接外部電容，且 RC 時(shí)間常數(shù)應(yīng)大于上電斜坡時(shí)間（0 至 $V_{CC}$）的五倍。

7.2 布局準(zhǔn)則

• 信號(hào)連續(xù)性：放置 TUSB214 時(shí)，USB 信號(hào)走線不能中斷，即使器件未上電或未安裝，USB 鏈路仍可正常工作。
• 高速走線：建議將高速走線直接路由到 TUSB214 封裝下方，以避免使用信號(hào)過孔。同時(shí)，應(yīng)保持 90 Ω 差分走線，以實(shí)現(xiàn)最佳阻抗控制。

八、器件與文檔支持

TI 為 TUSB214 提供了全面的器件和文檔支持，包括詳細(xì)的產(chǎn)品文檔、接收文檔更新通知的服務(wù)、豐富的社區(qū)資源等。用戶可通過 TI E2E? 在線社區(qū)與同行工程師交流經(jīng)驗(yàn)、解決問題，還可利用 TI 參考設(shè)計(jì)支持快速查找有用的信息。

TUSB214 作為一款優(yōu)秀的 USB 2.0 高速信號(hào)調(diào)節(jié)器，憑借其卓越的性能、靈活的配置和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，為電子工程師在 USB 高速信號(hào)傳輸設(shè)計(jì)中提供了可靠的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，我們應(yīng)充分了解其特性和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，合理配置和使用該器件，以確保 USB 高速信號(hào)的穩(wěn)定傳輸。你在使用 TUSB214 或其他類似信號(hào)調(diào)節(jié)器時(shí)，遇到過哪些問題呢？又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。