TUSB8044A四端口USB 3.2第1代集線器：特性、應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在電子設(shè)備不斷發(fā)展的今天，USB接口的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，對(duì)USB集線器的性能和功能要求也越來(lái)越高。TUSB8044A作為一款四端口USB 3.2第1代集線器，憑借其豐富的特性和廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域備受關(guān)注。本文將詳細(xì)介紹TUSB8044A的特性、應(yīng)用以及設(shè)計(jì)過(guò)程中的注意事項(xiàng)，希望能為廣大電子工程師提供一些有價(jià)值的參考。

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一、特性概述

1.1 高速連接

TUSB8044A支持四端口USB 3.2第1代（5Gbps）連接，在上行端口可提供同步超快速和高速/全速USB連接，下行端口則可提供超快速、高速、全速或者低速USB連接。不過(guò)，當(dāng)上行端口連接到僅支持高速或全速/低速連接的電氣環(huán)境中時(shí)，下行端口上的超快速USB連接將會(huì)禁用。這種靈活的連接方式能夠適應(yīng)不同設(shè)備的需求，確保數(shù)據(jù)的高效傳輸。

1.2 電池充電支持

該器件在電池充電方面表現(xiàn)出色，支持多種充電模式。在未連接或未配置上行端口的情況下，可支持D+/D - 分頻器充電端口（ACP1、ACP2和ACP3），還能在未連接上行端口時(shí)支持自動(dòng)模式，以便在DCP或ACP模式之間進(jìn)行切換，同時(shí)支持Galaxy充電。此外，它還支持CDP模式（上行端口已連接）和DCP模式（上行端口未連接），其中DCP模式符合中國(guó)電信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YD/T 1591 - 2009。這使得TUSB8044A在為各種設(shè)備充電時(shí)具有很強(qiáng)的通用性和兼容性。

1.3 多功能配置

TUSB8044A支持作為一個(gè)USB 3.2第1代或者USB 2.0復(fù)合設(shè)備運(yùn)行，同時(shí)支持USB告示板1.21。它還支持每端口或成組電源開(kāi)關(guān)以及過(guò)流通知輸入，能夠有效保護(hù)設(shè)備免受電流過(guò)大的損害。此外，該器件支持四個(gè)外部下行端口且內(nèi)部?jī)H支持USB 2.0端口，適用于USB HID至I2C功能和USB2.0告示板，并且適用于通過(guò)USB HID以實(shí)現(xiàn)I2C控制的內(nèi)部下行端口支持高速、全速運(yùn)行，其運(yùn)行速度與上行端口速度匹配。這種多功能的配置使得TUSB8044A能夠滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的多樣化需求。

1.4 定制配置

OTP ROM、串行EEPROM或I2C/SMBus從機(jī)接口可實(shí)現(xiàn)定制配置，包括VID和PID、端口定制、制造商和產(chǎn)品字符串（非通過(guò)OTP ROM）、序列號(hào)（非通過(guò)OTP ROM）等。此外，它還提供128位通用唯一標(biāo)識(shí)符（UUID），支持通過(guò)USB 2.0上行端口進(jìn)行板載和系統(tǒng)內(nèi)EEPROM編程。這種定制化的功能為開(kāi)發(fā)者提供了更多的靈活性，使他們能夠根據(jù)具體需求對(duì)設(shè)備進(jìn)行個(gè)性化配置。

二、應(yīng)用場(chǎng)景

TUSB8044A的應(yīng)用場(chǎng)景非常廣泛，主要包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、擴(kuò)展塢、監(jiān)視器和機(jī)頂盒等。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，它可以增加USB端口的數(shù)量，方便用戶連接更多的外部設(shè)備；在擴(kuò)展塢中，它能夠?qū)崿F(xiàn)多種設(shè)備的快速連接和數(shù)據(jù)傳輸，提升工作效率；在監(jiān)視器和機(jī)頂盒中，它可以為用戶提供更多的USB接口選擇，增強(qiáng)設(shè)備的實(shí)用性。

三、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 電源供應(yīng)

3.1.1 核心電源（VDD）

VDD應(yīng)實(shí)現(xiàn)為單個(gè)電源平面，為T(mén)USB8044A的核心部分提供1.1V（標(biāo)稱(chēng)）電源。為了減少噪聲，這個(gè)電源軌可以通過(guò)鐵氧體磁珠與其他電源軌隔離。但需要注意的是，由于核心電源軌上的高電流消耗，鐵氧體磁珠的直流電阻會(huì)影響提供給設(shè)備的電壓。因此，可能需要調(diào)整核心電壓調(diào)節(jié)器的輸出，或者選擇直流電阻低（小于0.05Ω）的鐵氧體磁珠。

3.1.2 I/O和模擬電源（VDD33）

VDD33為T(mén)USB8044A的I/O部分提供3.3V電源軌，同樣可以通過(guò)鐵氧體磁珠與其他電源軌隔離以降低噪聲。所有電源軌都需要10μF電容或1μF電容來(lái)保證穩(wěn)定性和抗干擾性。這些大容量電容可以放置在電源軌的任何位置，但較小的去耦電容應(yīng)盡可能靠近TUSB8044A的電源引腳，每個(gè)引腳最佳組合是放置兩個(gè)不同容量的電容。

3.2 下游端口電源

下游端口電源（VBUS）必須由能夠?yàn)槊總€(gè)端口提供5V和高達(dá)900mA電流的電源提供。下游端口電源開(kāi)關(guān)可以由TUSB8044A信號(hào)控制，也可以選擇始終啟用下游端口電源。每個(gè)下游端口的VBUS上需要一個(gè)22μF或更大的大容量低ESR電容，以限制浪涌電流。此外，出于ESD和EMI的考慮，建議在下游USB端口連接的VBUS引腳上使用鐵氧體磁珠，并在鐵氧體的USB連接器一側(cè)添加一個(gè)0.1μF電容，為可能從電纜耦合到VBUS跡線的快速上升時(shí)間ESD電流提供低阻抗接地路徑。

3.3 布局設(shè)計(jì)

3.3.1 元件放置

• 連接到引腳USB_R1的9.53K +/- 1%電阻應(yīng)盡可能靠近TUSB8044A放置。
• 每個(gè)VDD和VDD33電源引腳旁應(yīng)盡可能靠近放置0.1μF電容。
• SSTXP和SSTXM網(wǎng)絡(luò)上的100nF電容應(yīng)靠近USB連接器（如Type A、Type B等）放置。
• 如果使用ESD和EMI保護(hù)器件，應(yīng)將其盡可能靠近USB連接器放置。
• 若使用晶體，必須將其盡可能靠近TUSB8044A的XI和XO引腳放置。
• 電壓調(diào)節(jié)器應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離TUSB8044A、晶體和差分對(duì)。
• 通常，與每個(gè)電源軌相關(guān)的大容量電容應(yīng)盡可能靠近電壓調(diào)節(jié)器放置。

3.3.2 封裝相關(guān)

• TUSB8044A采用0.5mm引腳間距的封裝。
• 該封裝具有6.0mm x 6.0mm的散熱墊，必須通過(guò)過(guò)孔系統(tǒng)連接到地。
• 除連接到散熱墊的過(guò)孔外，器件下方的所有過(guò)孔都應(yīng)進(jìn)行阻焊處理，以避免散熱墊布局可能出現(xiàn)的問(wèn)題。

3.3.3 差分對(duì)布局

• 所有差分對(duì)（如USB_DP_XX、USB_DM_XX、USB_SSTXP_XX等）的設(shè)計(jì)差分阻抗應(yīng)為90Ω ± 10%。
• 為了最小化串?dāng)_，建議高速信號(hào)之間保持一定距離，每對(duì)信號(hào)之間的間距至少應(yīng)為信號(hào)跡線寬度的5倍，并且可以使用接地隔離來(lái)進(jìn)一步減少串?dāng)_。
• 所有差分對(duì)應(yīng)在同一層上靠近實(shí)心接地平面布線。
• 避免差分對(duì)布線跨越任何平面分割。
• 測(cè)試點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致阻抗不連續(xù)，影響信號(hào)性能。如果需要使用測(cè)試點(diǎn)，應(yīng)將其串聯(lián)且對(duì)稱(chēng)放置，避免在差分對(duì)上形成短截線。
• 盡量避免在跡線中使用90度轉(zhuǎn)彎，差分跡線中的彎曲應(yīng)盡量減少。如果必須使用彎曲，左右彎曲的數(shù)量應(yīng)盡可能相等，彎曲角度應(yīng)≥135度，以最小化彎曲引起的長(zhǎng)度不匹配和對(duì)EMI的影響。
• 盡量縮短差分對(duì)跡線的長(zhǎng)度，SS差分對(duì)信號(hào)和USB 2.0差分對(duì)信號(hào)的最大推薦跡線長(zhǎng)度為8英寸。較長(zhǎng)的跡線需要非常仔細(xì)的布線以確保信號(hào)完整性。
• 匹配差分對(duì)跡線的蝕刻長(zhǎng)度（如DP和DM、SSRXP和SSRXM、SSTXP和SSTXM），SS差分對(duì)信號(hào)與其互補(bǔ)信號(hào)之間的差異應(yīng)小于5密耳，USB 2.0差分對(duì)的相對(duì)跡線長(zhǎng)度差異不應(yīng)超過(guò)50密耳。
• 差分對(duì)組的蝕刻長(zhǎng)度不需要匹配，但所有跡線長(zhǎng)度都應(yīng)盡量縮短。
• 盡量減少差分對(duì)路徑中過(guò)孔的使用。如果無(wú)法避免，確保一對(duì)信號(hào)使用相同類(lèi)型和位置的過(guò)孔，并將過(guò)孔盡可能靠近TUSB8044A器件放置。
• 為了便于布線，可以交換SS差分對(duì)的極性；如果交換USB2 DP和DM對(duì)的極性，必須相應(yīng)設(shè)置Px_usb2pol寄存器（x = 0,1,2,3或4）。同時(shí)，不要在差分對(duì)跡線上放置電源保險(xiǎn)絲。

四、總結(jié)

TUSB8044A作為一款功能強(qiáng)大的四端口USB 3.2第1代集線器，具有高速連接、電池充電支持、多功能配置和定制化等諸多特性，適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，工程師需要充分考慮電源供應(yīng)和布局設(shè)計(jì)等方面的要點(diǎn)，以確保設(shè)備的性能和穩(wěn)定性。通過(guò)合理運(yùn)用TUSB8044A的特性和遵循設(shè)計(jì)要點(diǎn)，相信能夠開(kāi)發(fā)出更加優(yōu)秀的電子產(chǎn)品。大家在使用TUSB8044A的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)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(jiàn)解。