深入剖析FUSB15200：雙端口USB Type - C與PD控制器的卓越之選

在當(dāng)今的電子設(shè)備領(lǐng)域，USB Type - C接口和Power Delivery（PD）技術(shù)已經(jīng)成為了標(biāo)配，它們?yōu)樵O(shè)備之間的連接和充電提供了高效、便捷的解決方案。onsemi的FUSB15200作為一款高度集成的雙端口USB Type - C和PD控制器，專為Sink和DRP應(yīng)用而優(yōu)化，下面我們就來詳細(xì)了解一下這款產(chǎn)品。

文件下載：onsemi FUSB15200雙端口USB Type-C?與PD控制器.pdf

產(chǎn)品概述

FUSB15200是一款高度集成的雙端口USB Type - C和PD控制器，它通過優(yōu)化的硬件外設(shè)和完整的開源嵌入式固件，為Sink和DRP應(yīng)用提供了完整的解決方案。該產(chǎn)品能夠最大限度地提高系統(tǒng)總功率預(yù)算，并且onsemi還提供了完整的開源嵌入式固件解決方案，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以通過易于使用的API輕松定制該固件，以滿足其最終應(yīng)用的特定需求。此外，F(xiàn)USB15200還提供了完全符合USB PD3.1標(biāo)準(zhǔn)的解決方案，能夠與市場上領(lǐng)先的移動和計(jì)算設(shè)備實(shí)現(xiàn)互操作性。

框圖

產(chǎn)品特性

小尺寸雙端口USB PD控制器

支持多種流行外設(shè)，包括USB PD 3.1和USB Type - C 2.1標(biāo)準(zhǔn)，擁有4個(gè)I2C主機(jī)/設(shè)備接口、雙USB BC1.2消費(fèi)者/提供者接口以及USB2.0隔離開關(guān)。

可編程和可升級的開源固件

提供API，方便客戶進(jìn)行特定設(shè)備策略管理器的開發(fā)。

集成LDO

可從VBUS供電，實(shí)現(xiàn)死電池功能。

高電壓保護(hù)

CC和VBUS引腳具有28V DC的高電壓保護(hù)能力。

豐富的GPIO和ADC

多達(dá)20個(gè)GPIO，以及10位ADC，可用于高性能系統(tǒng)測量。

其他特性

支持DisplayPort? HPD信號轉(zhuǎn)換、快速角色交換，采用40引腳QFN封裝（5mm x 5mm，0.4mm間距），并且是無鉛器件。

技術(shù)細(xì)節(jié)

核心處理器

集成了ARM Cortex - M0 +處理器，具備嵌套向量中斷控制器（NVIC）、喚醒中斷控制器（WIC）和調(diào)試訪問端口（DAP）。該處理器采用Thumb指令集，優(yōu)化了代碼大小和功耗，能夠高效處理多個(gè)并行外設(shè)，并具有集成的睡眠模式。同時(shí)，通過ARM Serial Wire Debug Port增強(qiáng)了測試和調(diào)試能力。

電源管理單元

為FUSB15200的所有模塊提供合適的電源。在VDD不存在（死電池情況）時(shí)，可從VBUS引腳供電；當(dāng)VDD > VDD_DBAT時(shí)，PMU會自動將內(nèi)部電源切換到VDD。此外，該單元還能防止系統(tǒng)在VDD電壓低于可靠運(yùn)行所需的最低電壓時(shí)出現(xiàn)掉電情況。

復(fù)位源

具有多種復(fù)位源，包括內(nèi)部上電復(fù)位（VDD_POR）、軟件復(fù)位、看門狗定時(shí)器復(fù)位和外部引腳復(fù)位，確保設(shè)備在各種情況下都能穩(wěn)定復(fù)位。

電源和睡眠行為

通過利用外設(shè)中斷和硬件自主性，優(yōu)化了功耗。可通過固件配置進(jìn)入低功耗狀態(tài)，禁用不需要的外設(shè)，并根據(jù)不同應(yīng)用需求調(diào)整時(shí)鐘頻率。Type - C模塊在最低功耗狀態(tài)下也能正常工作，并在檢測到Type - C連接時(shí)自動喚醒。

時(shí)鐘源

采用雙振蕩器架構(gòu)，一個(gè)24MHz內(nèi)部RC振蕩器用于實(shí)現(xiàn)完整功能，一個(gè)120kHz內(nèi)部RC振蕩器用于超低功耗睡眠模式。

定時(shí)器

包括兩個(gè)32位通用定時(shí)器（TIM0/1）、一個(gè)32位喚醒定時(shí)器（WUT）和一個(gè)32位看門狗定時(shí)器（WDT），分別用于產(chǎn)生中斷請求信號、促進(jìn)從低功耗模式的定時(shí)退出以及在軟件故障時(shí)對系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位。

串行線調(diào)試接口

ARM M0 +實(shí)現(xiàn)包括一個(gè)調(diào)試訪問端口（DAP），具有4個(gè)硬件斷點(diǎn)和2個(gè)硬件觀察點(diǎn)。調(diào)試訪問端口接口為ARM Serial Wire Debug Port（SW - DAP），通過SWCLK和SWDIO引腳連接，使用單雙向數(shù)據(jù)連接。

USB Type - C和PD外設(shè)

由模擬前端和數(shù)字狀態(tài)機(jī)組成，固件實(shí)現(xiàn)高層協(xié)議和策略層，模擬和數(shù)字組件執(zhí)行低層PD協(xié)議和PHY層功能。Type - C模塊包括源/匯/DRP操作所需的所有終端和比較器，可進(jìn)行插頭方向檢測、電源能力通告和電源角色檢測。

VCONN開關(guān)

可根據(jù)VCONN電平提供1.5W或更多的功率，以滿足一些需要額外功能的應(yīng)用需求。

USB PD PHY狀態(tài)機(jī)邏輯

包括序列化和反序列化、時(shí)鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)（CDR）、4B5B編碼、BMC編碼、數(shù)據(jù)包CRC生成和檢查、功率傳輸K代碼的編碼和檢測以及自動GoodCRC數(shù)據(jù)包響應(yīng)等數(shù)字功能，以實(shí)現(xiàn)USB PD消息傳遞。

VBUS放電

能夠通過可選的下拉電阻對VBUS進(jìn)行放電。在整個(gè)工作范圍內(nèi)，可從VBUS放電高達(dá)100F。不過，在使用內(nèi)部放電功能時(shí)，需要隔離任何大的大容量電容，以防止內(nèi)部溫度過高。

快速角色交換

在外部電源斷開時(shí)，可快速交換端口伙伴之間的源和匯角色。FUSB15200具有專用的I/O（SRC_SNK_x和SNK），在編程檢測或傳輸快速角色交換信號時(shí)可自動切換。

內(nèi)部保護(hù)

集成了多種系統(tǒng)級保護(hù)功能，包括VCONN過流保護(hù)、CC過壓保護(hù)和內(nèi)部過溫保護(hù)，確保設(shè)備在各種異常情況下的安全性和可靠性。

引腳和端口配置

引腳描述

詳細(xì)說明了每個(gè)引腳的名稱、所屬端口和功能，包括電源引腳、模擬引腳、I2C引腳、GPIO引腳等。例如，VBUS A引腳用于監(jiān)測和放電Port A的VBUS，HVCC2A引腳是Port A的高電壓配置通道2等。

端口配置

包括端口映射、電源域和默認(rèn)配置。部分引腳可配置為標(biāo)準(zhǔn)GPIO或用于特定外設(shè)，如I2C。同時(shí)，F(xiàn)USB15200提供了選擇四個(gè)GPIO之一作為外部不可屏蔽中斷源的方法。

電氣特性

絕對最大額定值

規(guī)定了各個(gè)引腳的電壓、溫度等參數(shù)的最大允許值，超過這些值可能會損壞設(shè)備。例如，VBUS引腳電壓范圍為 - 0.3V至28V，結(jié)溫范圍為 - 40°C至150°C等。

推薦ESD設(shè)備

對于Type - C連接器引腳的ESD保護(hù)，推薦使用onsemi的相關(guān)產(chǎn)品（具體型號待定）。

工作額定值

給出了各個(gè)參數(shù)在正常工作時(shí)的推薦范圍，如VCONN電源電壓范圍為3.0V至5.5V，VDD電源電壓范圍為3.0V至5.5V等。

其他電氣特性

包括USB PD PHY發(fā)射器和接收器的各項(xiàng)參數(shù)、Type - C前端的電流和電阻參數(shù)、VBUS放電電阻、電流消耗、PMU的各項(xiàng)閾值、時(shí)鐘頻率、外部溫度保護(hù)和測量參數(shù)、BC1.2支持的相關(guān)參數(shù)、開關(guān)路徑參數(shù)、HPD I/O參數(shù)、串行線調(diào)試接口參數(shù)、復(fù)位參數(shù)、GPIO參數(shù)和I2C I/O參數(shù)等。

典型應(yīng)用

適用于各種Sink和DRP設(shè)備，如筆記本電腦、擴(kuò)展塢等。在這些應(yīng)用中，F(xiàn)USB15200能夠提供高效、穩(wěn)定的USB Type - C和PD功能，滿足設(shè)備的充電和數(shù)據(jù)傳輸需求。

總結(jié)

FUSB15200是一款功能強(qiáng)大、性能卓越的雙端口USB Type - C和PD控制器，它在硬件設(shè)計(jì)、固件開發(fā)、電源管理、保護(hù)機(jī)制等方面都具有出色的表現(xiàn)。無論是對于電子工程師進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，還是對于終端用戶使用相關(guān)設(shè)備，F(xiàn)USB15200都能提供可靠的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的需求和場景，合理配置和使用該控制器，以充分發(fā)揮其優(yōu)勢。大家在使用過程中有沒有遇到過類似控制器的一些特殊問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。