EZ-USB? NX2LP-Flex?：靈活的USB NAND閃存控制器深度剖析

在當(dāng)今數(shù)字化的時(shí)代，USB技術(shù)的發(fā)展日新月異，對于USB閃存控制器的需求也越來越高。Cypress的EZ-USB? NX2LP-Flex?（CY7C68033/CY7C68034）就是一款極具特色的USB NAND閃存控制器，下面我們就來深入了解一下它。

文件下載：CY7C68033-56LTXC.pdf

產(chǎn)品概述

Cypress已被英飛凌收購，但產(chǎn)品仍以Cypress的名義繼續(xù)提供給新老客戶。EZ-USB? NX2LP-Flex?是基于固件的可編程版本的EZ-USB NX2LP，它將USB 2.0收發(fā)器、串行接口引擎（SIE）、增強(qiáng)型8051微控制器和可編程外設(shè)接口集成在單個(gè)芯片中，為基于NAND閃存的應(yīng)用提供了經(jīng)濟(jì)高效的解決方案。

硅特性

高速與低功耗

該控制器支持總線或自供電的USB 2.0操作，經(jīng)過認(rèn)證符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（TID# 40490118）。它具有超低功耗的特點(diǎn)，在任何模式下典型電流消耗僅為43 mA。CY7C68034適用于電池供電應(yīng)用，待機(jī)電流典型值為100 μA；CY7C68033適用于非電池供電應(yīng)用，待機(jī)電流典型值為300 μA。

強(qiáng)大的8051內(nèi)核

集成了增強(qiáng)型8051內(nèi)核，固件從內(nèi)部RAM運(yùn)行，該RAM在啟動(dòng)時(shí)從NAND閃存下載，無需外部EEPROM。片上有15 KBytes的代碼/數(shù)據(jù)RAM，默認(rèn)NAND固件為8 kB，默認(rèn)空閑空間為7 kB。

豐富的端點(diǎn)和接口

擁有四個(gè)可編程的批量/中斷/等時(shí)端點(diǎn)，緩沖選項(xiàng)包括雙緩沖、三緩沖和四緩沖，還有一個(gè)額外的可編程64字節(jié)端點(diǎn)。具備SmartMedia標(biāo)準(zhǔn)硬件ECC生成功能，可進(jìn)行1位糾錯(cuò)和2位檢測。通用可編程接口（GPIF）允許直接連接到大多數(shù)并行接口，支持多個(gè)就緒（RDY）輸入和控制（CTL）輸出。

其他特性

有12個(gè)完全可編程的通用I/O（GPIO）引腳，集成了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型8051，支持48-MHz、24-MHz或12-MHz的CPU操作，有四個(gè)時(shí)鐘用于每個(gè)指令周期，三個(gè)計(jì)數(shù)器/定時(shí)器，擴(kuò)展的中斷系統(tǒng)和兩個(gè)數(shù)據(jù)指針。工作電壓為3.3-V，輸入可耐受5 V。具備矢量USB中斷和GPIF/FIFO中斷，控制傳輸?shù)脑O(shè)置和數(shù)據(jù)部分有單獨(dú)的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，集成了I2C控制器，運(yùn)行頻率為100或400 kHz，還有四個(gè)集成的FIFO。采用節(jié)省空間的56引腳QFN封裝。

默認(rèn)NAND固件特性

高速支持

支持高速（480 Mbps）或全速（12 Mbps）的USB傳輸，根據(jù)芯片選擇支持不同的NAND尺寸，如512字節(jié)適用于高達(dá)1 Gb容量，2K字節(jié)適用于高達(dá)8 Gb容量，4K字節(jié)適用于高達(dá)16 Gb容量。

多芯片支持

有12個(gè)可配置的GPIO引腳，包括兩個(gè)專用芯片使能（CE#）引腳、六個(gè)可配置的CE#/GPIO引腳和四個(gè)專用GPIO引腳。最多支持八個(gè)NAND閃存單設(shè)備（單芯片）芯片或四個(gè)NAND閃存雙設(shè)備（雙芯片）芯片，還可通過編譯選項(xiàng)將未使用的CE#引腳配置為GPIOs。

糾錯(cuò)與管理

具備行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的ECC NAND閃存糾錯(cuò)功能，每256字節(jié)可進(jìn)行1位糾錯(cuò)和2位檢測。采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（SmartMedia）頁面管理，用于磨損均衡算法、壞塊處理和物理到邏輯管理。支持8位NAND閃存接口，支持30 ns、50 ns和100 ns的NAND閃存時(shí)序，符合USB大容量存儲(chǔ)類規(guī)范修訂版1.0。

功能描述

USB信號(hào)速度

NX2LP-Flex以USB規(guī)范修訂版2.0定義的全速（12 Mbps）和高速（480 Mbps）運(yùn)行，不支持1.5 Mbps的低速信號(hào)模式。

8051微處理器

嵌入式8051微處理器具有256字節(jié)的寄存器RAM、擴(kuò)展的中斷系統(tǒng)和三個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。芯片有一個(gè)片上振蕩器電路，使用外部24 MHz（±100 ppm）晶體，通過片上PLL將24-MHz振蕩器頻率提升至480 MHz，內(nèi)部計(jì)數(shù)器將其分頻后作為8051時(shí)鐘，默認(rèn)8051時(shí)鐘頻率為12 MHz，可通過CPUCS寄存器動(dòng)態(tài)更改。

I2C總線

NX2LP僅作為主設(shè)備支持I2C總線，運(yùn)行頻率為100/400 kHz。SCL和SDA引腳具有開漏輸出和滯后輸入，即使沒有連接I2C設(shè)備，這些信號(hào)也必須上拉到3.3 V。I2C總線在啟動(dòng)時(shí)禁用，僅在首次NAND訪問后可用。

總線

具備8位或16位的“FIFO”雙向數(shù)據(jù)總線，復(fù)用在I/O端口B和D上。默認(rèn)固件鏡像在GPIF主模式下實(shí)現(xiàn)8位數(shù)據(jù)總線，建議添加到默認(rèn)固件鏡像的其他接口使用此8位數(shù)據(jù)總線。

枚舉

在啟動(dòng)序列中，內(nèi)部邏輯會(huì)檢查是否存在具有有效固件的NAND閃存。如果找到有效固件，NX2LP-Flex將加載并按固件運(yùn)行；如果未檢測到NAND閃存或未找到有效固件，則使用內(nèi)部ROM空間中的默認(rèn)值進(jìn)行制造模式操作。

中斷系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)了INT2和INT4的自動(dòng)向量功能，有27個(gè)INT2（USB）向量和14個(gè)INT4（FIFO/GPIF）向量。USB中斷由27個(gè)中斷源共享，F(xiàn)IFO/GPIF中斷由14個(gè)單獨(dú)的FIFO/GPIF源共享，都可采用自動(dòng)向量功能。

復(fù)位和喚醒

復(fù)位引腳RESET#為低電平時(shí)可復(fù)位NX2LP-Flex，該引腳具有滯后特性。當(dāng)使用晶體作為時(shí)鐘源時(shí)，復(fù)位周期約為VCC達(dá)到3.0V后5 ms；如果晶體輸入引腳由時(shí)鐘信號(hào)驅(qū)動(dòng)，內(nèi)部PLL在VCC達(dá)到3.0 V后200 μs穩(wěn)定。喚醒引腳可使芯片從電源關(guān)閉（USB掛起）狀態(tài)退出，可通過USB總線活動(dòng)、外部邏輯斷言WAKEUP引腳或PA3/WU2引腳實(shí)現(xiàn)。

寄存器和引腳

寄存器

文檔詳細(xì)列出了NX2LP-Flex的寄存器，包括特殊功能寄存器（SFR）、端點(diǎn)配置寄存器、中斷控制寄存器等，這些寄存器用于控制和配置芯片的各種功能。

引腳

提供了56引腳NX2LP-Flex封裝的引腳分配圖和詳細(xì)的引腳描述，不同的操作模式（端口模式、GPIF主模式和從FIFO模式）下引腳的功能有所不同。

應(yīng)用領(lǐng)域

NX2LP-Flex可用于多種應(yīng)用，如基于NAND閃存的GPS設(shè)備、DVB視頻捕獲設(shè)備、無線指針/演示工具、MPEG/TV轉(zhuǎn)換設(shè)備、傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換設(shè)備、相機(jī)、具有生物識(shí)別（如指紋）安全的NAND閃存大容量存儲(chǔ)設(shè)備、家用PNA設(shè)備、無線LAN和MP3播放器等。

設(shè)計(jì)建議

PCB布局

建議使用至少四層阻抗控制板，以保持信號(hào)質(zhì)量。要指定阻抗目標(biāo)，控制走線寬度和間距，最小化短截線以避免反射信號(hào)。USB連接器外殼和信號(hào)地的連接應(yīng)靠近USB連接器，建議在VBUS附近使用旁路/反激電容。DPLUS和DMINUS走線長度應(yīng)保持在彼此相差2 mm以內(nèi)，首選長度為20 - 30 mm，在這些走線下方保持一個(gè)完整的接地平面，避免平面分割，除非必要，否則不要在DPLUS或DMINUS走線上放置過孔，并盡可能將其與其他信號(hào)走線隔離。

QFN封裝設(shè)計(jì)

QFN封裝通過將封裝底部的引腳焊接到PCB上實(shí)現(xiàn)電氣連接，需要特別注意封裝下方的熱傳遞區(qū)域，在PCB中設(shè)計(jì)銅填充作為熱焊盤。熱量通過設(shè)備底部的金屬焊盤從NX2LP-Flex傳遞到PCB，再通過5 × 5陣列的過孔傳導(dǎo)到內(nèi)部接地平面。過孔的成品直徑為13 mil，QFN的金屬管芯焊盤必須焊接到PCB的熱焊盤上，在板的頂部對每個(gè)過孔放置阻焊層以防止焊料流入過孔，頂部的阻焊層還可減少回流焊過程中的出氣。

EZ-USB? NX2LP-Flex?以其豐富的功能、低功耗和靈活的配置，為基于NAND閃存的USB應(yīng)用提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。電子工程師在設(shè)計(jì)相關(guān)產(chǎn)品時(shí)，可以充分利用其特性，實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。你在使用類似產(chǎn)品時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。