探索AP53781：高度集成的USB PD DRP控制器

在電子設備飛速發展的今天，USB Type - C接口憑借其強大的功能和便捷性，成為了各類設備的標配。而在USB Type - C的應用中，電源管理和協議控制至關重要。今天，我們就來深入了解一款高度集成的USB PD3.1 DRP控制器——AP53781。

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一、AP53781簡介

AP53781是一款高度集成的USB Type - C PD3.2 Dual - Role Power（DRP）控制器，它支持Extended Power Range（EPR）/ Adjustable Voltage Supply（AVS）高達28V，以及Standard Power Range（SPR）高達21V。該芯片可作為電源消費者從PD3.1兼容適配器請求電力，也能作為電源提供者為配備Type - C連接器的設備供電。在掉電模式下，其功耗低至50μA，并且可以在無MCU的系統中運行。

二、特性亮點

（一）廣泛的功率范圍支持

支持EPR/AVS到28V（100mV/Step）以及SPR到21V，能夠滿足不同設備對功率的需求，無論是低功率的無線音箱，還是高功率的電動工具，都能輕松應對。

（二）低功耗設計

掉電模式下功耗低至50μA，有助于延長設備的續航時間，特別是對于移動電源和便攜式設備來說，這一特性尤為重要。

（三）靈活的功率選擇

作為電源消費者，可通過VSEL和ISEL引腳的對應電阻值選擇所需的Request Data Object（RDO）；作為電源提供者，可通過PDOSEL引腳的合適電阻從預設的8種功率配置文件中選擇Power Data Object（PDO）能力。

（四）豐富的功能集成

集成了Rp/Rd終端電阻和開關用于DRP控制，具備QC2.0/3.0功能和死電池模式（Sink角色），在Source角色時還提供用于外部DC/DC控制器的VFB反饋控制。

（五）全面的保護機制

提供過壓保護（OVP）、欠壓保護（UVP）、過流保護（OCP）等全面的安全保護方案，以及CC1/CC2引腳到相鄰高壓引腳高達34V的短路保護，確保設備在各種異常情況下的安全運行。

三、典型應用電路

AP53781適用于無MCU的系統。上電初始化后，它會周期性地交替Type - C CC1/CC2（CCx）引腳在上拉電阻Rp和下拉電阻Rd之間的連接，以確定扮演的角色。 當作為電源消費者時，通過VSEL和ISEL引腳的電阻選擇所需的RDO；作為電源提供者時，通過PDOSEL引腳的電阻選擇PDO能力。同時，在Source角色時，內置的電流DAC支持為外部DC/DC控制器提供VFB反饋。

四、引腳說明

五、功能概述

（一）Type - C配置通道（CC）邏輯

CC邏輯塊包含所有終端電阻（Rp和Rd）、控制開關、電纜檢測和連接邏輯。通過CC1和CC2引腳實現連接檢測、插頭方向檢測以及USB Source/Sink角色建立。

（二）DRP操作

插入電纜后，AP53781作為USB PD DRP控制器，以80ms的固定周期交替CCx引腳在Rp和Rd之間的連接。檢測到外部連接Rd時作為電源提供者，檢測到連接Rp時作為電源消費者。

（三）USB PD物理層

包括USB Type - C基帶收發器、物理層邏輯和用于PD消息處理的緩沖區，采用Bi - phase Mark Coding（BMC）和4b/5b編碼解碼功能進行通信。

（四）芯片電源概述

可由VCC1引腳或V5V引腳供電。VBUS啟用后，通過VBUS開關的體二極管為VCC1供電；VCC1未供電時，可通過V5V引腳提供外部5V電源。

（五）死電池模式

當V5V和VCC1引腳都無法提供芯片電源時，AP53781進入死電池模式，通過CCx引腳呈現Rd電阻。插入有源Type - C設備后，可作為Sink設備啟用5V輸出，為芯片重新供電。

（六）電源保護

在Source和Sink模式下均支持OVP/UVP/OCP功率保護功能，通過VG_A引腳驅動外部低成本高側nMOS開關控制VBUS電源的通斷。

（七）VBUS和VOUT放電路徑

支持VBUS和VOUT放電路徑，通過內部MOSFET和放電電阻加速功率路徑的電壓下降，滿足USB PD規范的時序要求。

（八）VBUS電壓調節和VFB反饋

包含用于VBUS電壓調節的恒壓（CV）環路，作為Source角色時，通過協議握手后生成PDO電壓為連接設備供電。使用電流DAC根據請求的PDO電壓從外部DC/DC反饋引腳直接吸收或提供相應電流。

（九）恒流控制

提供恒流（CC）環路，通過檢測Rsense電阻上的低側IR降并轉換為電壓，經過內部數字濾波器塊調整IDAC的ID，以實現恒流控制。

（十）ADC轉換器

支持內部逐次逼近ADC，輸入來自芯片內各種電壓和電流源的模擬多路復用器，輸出可供嵌入式MCU讀取和使用，實現對DRP控制器的精確管理。

（十一）QC Sink支持

不僅在Source側提供QC功能，在Sink側也支持QC協議通信握手，并提供High Voltage Dedicated Charging Port（HVDCP）檢測流程。

（十二）RDO和PDO功率選擇

作為Sink控制器時，通過VSEL和ISEL引腳的電阻選擇RDO；作為Source控制器時，通過PDOSEL引腳的電阻從預設的8種功率配置文件中選擇PDO。

（十三）RDO匹配機制

上電復位（POR）啟動后，AP53781與外部PD源進行PD協商，先進行電壓匹配，再進行電流匹配，選擇合適的功率配置文件。

（十四）電壓降補償

作為Sink工作時，如果VBUS比請求電壓低4%，AP53781將在PPS模式下請求電壓增加至請求電壓 + 1.3V。

六、PCB布局指南

為了確保AP53781的穩定運行和良好的ESD性能，PCB布局時需要注意以下幾點：

1. 將Vcc/V5V去耦電容盡可能靠近引腳放置。
2. 將IC的暴露焊盤連接到地，有助于提高抗噪能力。
3. 電流檢測走線應直接從電流檢測電阻的焊盤開始。
4. 使用最短的走線將CC1/CC2引腳連接到USB Type - C插座。

七、訂購信息

AP53781有不同的訂購型號可供選擇，如AP53781DMZ16 - 13 - FA01采用W - QFN3030 - 16（Type A1）封裝，內置標準固件。對于無固件或定制選項，請聯系相關代表。

八、總結

AP53781以其高度集成的特性、廣泛的功率范圍支持、豐富的功能和全面的保護機制，為USB Type - C設備的設計提供了一個強大而可靠的解決方案。無論是在移動電源、電動工具、無線音箱等消費電子領域，還是在POS終端、便攜式顯示器等工業應用中，都具有廣闊的應用前景。作為電子工程師，在設計USB Type - C相關產品時，AP53781值得我們深入研究和應用。大家在實際應用中是否遇到過類似芯片的挑戰呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。