探索TS3USBCA4 USB Type-C SBU多路復用器：特性、應用與設計要點

在當今的電子設備中，USB Type-C接口的應用越來越廣泛，它不僅提供了高速數據傳輸，還支持多種功能的復用。而TS3USBCA4作為一款專門針對USB Type-C SBU信號的多路復用器，在其中扮演著重要的角色。今天，我們就來深入了解一下這款器件。

文件下載：ts3usbca4.pdf

一、TS3USBCA4概述

TS3USBCA4是德州儀器（TI）推出的一款無源4:1（TS3USBCA420）和3:1（TS3USBCA410）多路復用器。它主要用于將USB Type-C連接器端接到不同接口的SBU1/SBU2端子上的各種類型的差分或單端信號。這些信號可以是差分DisplayPort輔助（AUX）、模擬音頻MIC和AGND、PCIe差分時鐘或任何其他受支持的通用差分或單端信號。

二、特性亮點

2.1 通用多路復用能力

適用于0至3.6V差分或單端信號的通用多路復用器，具有很強的兼容性。用于AGND連接的60mΩ超低電阻$R_{ON}$，可實現低串擾性能，確保信號傳輸的穩定性。

2.2 出色的音頻性能

音頻路徑具有超低導通狀態電阻（$R_{ON}$）、低串擾和出色的總諧波失真（THD）性能。先斷后通功能防止在信號從一個通道傳輸到另一個通道時產生信號失真，為音頻應用提供了高質量的保障。

2.3 高帶寬支持

高速路徑支持的帶寬高達500MHz，為DisplayPort AUX、PCIe時鐘和其他類似信號提供充分支持。這使得它能夠滿足高速數據傳輸的需求，適用于多種高速應用場景。

2.4 寬電源電壓范圍和溫度范圍

具有2.4V至5.5V寬電源電壓范圍，用戶可以靈活地選擇使用單節電池、3.3V穩壓器或VBUS供電。同時，它還提供面向商業和工業溫度范圍的選項，商業溫度范圍為0oC至70oC（TS3USBCA420和TS3USBCA410），工業溫度范圍為 -40°C至85oC（TS3USBCA420I和TS3USBCA410I），適應不同的工作環境。

2.5 小尺寸封裝

采用1.8mm x 2.6mm、16引腳、0.4mm間距QFN封裝，節省了電路板空間，適合于便攜式設備的設計。

三、應用領域

TS3USBCA4的應用非常廣泛，常見于以下設備中：

• 平板電腦和筆記本電腦：用于實現USB Type-C接口的多功能復用，如音頻傳輸、DisplayPort信號傳輸等。
• 臺式機和游戲控制臺：支持高速數據傳輸和音頻功能，提升設備的性能和用戶體驗。
• VR模塊和智能手機：滿足這些設備對小型化和高性能的要求，實現接口的集成和優化。
• 顯示器：用于DisplayPort AUX信號的傳輸，確保高分辨率圖像的清晰顯示。

四、引腳配置與功能

TS3USBCA4的引腳配置和功能較為復雜，不同的引腳具有不同的作用。例如，VCC為電源引腳，需要靠近該引腳放置外部去耦電容；MIC_GND1/Ln1和MIC_GND2Ln2用于模擬音頻MIC/AGND信號連接到音頻編解碼器，也可作為通用VO使用；OEn為輸出使能引腳，低電平為正常操作，高電平為待機模式等。在實際設計中，需要根據具體的應用需求正確連接和配置這些引腳。

五、電氣特性與參數

5.1 絕對最大額定值

規定了器件在正常工作時的最大電壓、電流等參數范圍，如Vcc的供應電壓范圍為 -0.5至6V，VIN DIFF的差分電壓為 -4至4V等。超過這些額定值可能會導致器件損壞，因此在設計時必須嚴格遵守。

5.2 電氣特性

包括不同電源電壓下的供應電流、輸入輸出電壓、電阻、電容等參數。例如，在3V ≤VCC ≤3.6V時，供應電流Icc典型值為45μA，最大值為70μA；在2.4V ≤VCC ≤5.5V時，相關參數也有相應的規定。這些參數對于評估器件的性能和進行電路設計非常重要。

5.3 開關特性和時序要求

規定了開關的導通和關斷時間、I2C時鐘頻率、數據傳輸的時序等參數。例如，I2C時鐘頻率fscL最大為400kHz，開關ON時間和OFF時間等也有具體的要求。這些參數確保了器件在信號切換和數據傳輸時的穩定性和準確性。

六、設計要點

6.1 電源選擇

TS3USBCA4的寬電源電壓范圍為設計提供了靈活性，但在選擇電源時，需要考慮器件性能的參數變化、其他組件的電源范圍、配套設備的IO電壓水平以及成本等因素。例如，使用穩壓的3.3V $V_{CC}$可以使TS3USBCA4的性能變化較小，但可能會增加系統成本和電路板面積。

6.2 配置模式選擇

有I2C-和pin-配置模式可供選擇。I2C配置模式更受青睞，因為它可以減少微處理器所需的IO數量。但需要注意的是，在TS3USBCA420中，翻轉功能僅在$I^{2} C$ -配置模式下可用。同時，通過對I2C_EN進行引腳綁定，可以選擇兩個I2C從地址，避免地址沖突。

6.3 布局設計

在布局設計時，$V_{CC}$引腳必須靠近器件放置去耦電容，通常推薦使用0.1μF和1μF的電容。要保持Type-C連接器的SBU1和SBU2引腳到音頻編解碼器的MIC_GND1和MIC_GND2引腳的總電阻低，以避免降低串擾性能。此外，應將I2C和數字信號與音頻信號分開布線，防止耦合到音頻線上。

七、總結

TS3USBCA4作為一款功能強大的USB Type-C SBU多路復用器，具有多種優秀的特性和廣泛的應用領域。在電子工程師的設計過程中，充分了解其特性、引腳配置、電氣參數和設計要點，能夠更好地發揮其優勢，實現高性能、穩定可靠的電路設計。同時，在實際應用中，還需要根據具體的需求進行合理的選擇和優化，確保設計的成功。大家在使用TS3USBCA4的過程中，有沒有遇到過什么特別的問題或者有什么獨特的設計經驗呢？歡迎在評論區分享交流。