高速USB 2.0開關(guān)TS3USB31E：設(shè)計(jì)與應(yīng)用指南

在電子設(shè)備設(shè)計(jì)中，高速信號(hào)的切換與傳輸至關(guān)重要。今天，我們就來深入了解一款專為高速USB 2.0信號(hào)切換設(shè)計(jì)的開關(guān)——TS3USB31E。

文件下載：ts3usb31e.pdf

一、TS3USB31E概述

TS3USB31E是一款1:1 SPST高帶寬開關(guān)，它被精心設(shè)計(jì)用于手機(jī)和消費(fèi)類應(yīng)用中高速USB 2.0信號(hào)的切換。像手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)，以及帶有集線器或USB I/O有限的控制器的筆記本電腦等設(shè)備，都能看到它的身影。它的帶寬高達(dá)1100 MHz，能夠讓信號(hào)以最小的邊緣和相位失真通過。而且，這個(gè)開關(guān)是雙向的，對(duì)高速信號(hào)幾乎沒有衰減。它具備低比特間偏差和高通道間噪聲隔離的特性，與高速USB 2.0（480 Mbps）等多種標(biāo)準(zhǔn)兼容。

二、TS3USB31E的特性亮點(diǎn)

2.1 電源與控制兼容性

• 寬電源電壓范圍： $V_{CC}$ 工作電壓范圍為2.25 V 到4.3 V，能適應(yīng)不同的電源環(huán)境。
• 控制引腳兼容性：其控制引腳輸入與1.8 - V兼容，方便與其他低電壓設(shè)備集成。

2.2 低功耗與高性能

• 低導(dǎo)通電阻：最大導(dǎo)通電阻 $r{on }$ 為10 Ω，典型的通道匹配 $Delta r{on }$ 小于0.35 Ω，能有效減少信號(hào)傳輸過程中的損耗。
• 低電容：典型的導(dǎo)通狀態(tài)輸入 - 輸出電容 $C_{io(ON)}$ 為6 pF，有助于提高信號(hào)的傳輸速度。
• 低功耗：最大功耗僅為1 μA，符合節(jié)能設(shè)計(jì)的需求。

2.3 出色的ESD保護(hù)性能

該開關(guān)在ESD性能測(cè)試中表現(xiàn)優(yōu)異，人體模型（HBM）測(cè)試可達(dá)8000 V（A114 - B，Class II），充電設(shè)備模型（CDM）為1000 V（C101），機(jī)器模型（A115 - A）為250 V。其COM端口到GND的人體模型ESD性能更是高達(dá)15000 V。

2.4 小封裝設(shè)計(jì)

采用8引腳TQFN封裝（1.5 mm × 1.5 mm），節(jié)省了PCB空間，適合小型化設(shè)備的設(shè)計(jì)。

三、TS3USB31E的引腳配置與功能

四、TS3USB31E的規(guī)格參數(shù)

4.1 絕對(duì)最大額定值

在使用過程中，要注意各項(xiàng)參數(shù)的絕對(duì)最大額定值，如電源電壓 $V{CC}$ 為 - 0.5 V到7 V，控制輸入電壓 $V{IN}$ 為 - 0.5 V到7 V等。超出這些額定值可能會(huì)對(duì)設(shè)備造成永久性損壞。

4.2 ESD額定值

ESD額定值體現(xiàn)了器件的抗靜電能力，人體模型（HBM）為 ±8000 V，充電設(shè)備模型（CDM）為 ±1000 V。

4.3 推薦工作條件

為了保證設(shè)備的正常運(yùn)行，建議在推薦工作條件下使用。例如，電源電壓 $V_{CC}$ 為2.25 V到4.3 V，工作溫度范圍為 - 40 °C到85 °C。

4.4 其他參數(shù)

文檔中還給出了熱信息、電氣特性、動(dòng)態(tài)電氣特性和開關(guān)特性等詳細(xì)參數(shù)。這些參數(shù)為工程師在設(shè)計(jì)電路時(shí)提供了重要的參考依據(jù)。例如，典型的帶寬（ - 3 dB）為1100 MHz，能滿足高速信號(hào)傳輸?shù)男枨蟆?/p>

五、TS3USB31E的應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

5.1 應(yīng)用場(chǎng)景

TS3USB31E主要用于在USB總線不使用時(shí)將其隔離，防止不同USB設(shè)備之間相互干擾。它可以路由USB 1.0、1.1和2.0的信號(hào)，具有廣泛的應(yīng)用前景。

5.2 設(shè)計(jì)要求與步驟

• 遵循標(biāo)準(zhǔn)：設(shè)計(jì)時(shí)需遵循USB 1.0、1.1和2.0標(biāo)準(zhǔn)的要求。
• 控制引腳處理：建議將數(shù)字控制引腳OE上拉到 $V_{CC}$ 或下拉到地，避免因引腳浮空導(dǎo)致開關(guān)位置異常。
• 外部組件：該開關(guān)可以在沒有任何外部組件的情況下正常工作，但為了防止信號(hào)反射，建議將未使用的引腳通過50 - Ω電阻接地。同時(shí)，N.C引腳必須保持浮空。

5.3 布局注意事項(xiàng)

• 電容放置：將電源旁路電容盡可能靠近 $V_{CC}$ 引腳放置，避免靠近D + 和D - 走線。
• 走線長(zhǎng)度與阻抗匹配：高速D + 和D - 走線長(zhǎng)度必須相等且不超過4英寸，其阻抗要與電纜的特性差分阻抗匹配，以保證最佳性能。
• 減少信號(hào)反射：高速USB信號(hào)走線應(yīng)盡量減少過孔和拐角的使用。如果必須使用過孔，要增大其周圍的間隙尺寸。當(dāng)需要轉(zhuǎn)彎時(shí)，使用兩個(gè)45°轉(zhuǎn)彎或圓弧代替90°轉(zhuǎn)彎。
• 避免干擾源：不要將USB走線布置在晶體、振蕩器、時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器、開關(guān)穩(wěn)壓器、安裝孔、磁性設(shè)備或使用時(shí)鐘信號(hào)的IC附近。
• 避免Stub：高速USB信號(hào)應(yīng)避免出現(xiàn)Stub，如果無法避免，Stub長(zhǎng)度必須小于200 mm。
• 多層板設(shè)計(jì)：建議使用至少四層的印刷電路板，將大部分信號(hào)走線布置在同一層，緊鄰的層為完整的接地平面。

六、TS3USB31E的文檔與支持

6.1 相關(guān)文檔

包括《High Speed Layout Guidelines》和《USB 2.0 Board Design and Layout Guidelines》等，這些文檔為工程師提供了更詳細(xì)的設(shè)計(jì)指導(dǎo)。

6.2 文檔更新通知

通過ti.com上的設(shè)備產(chǎn)品文件夾，注冊(cè)“Alert me”可以接收文檔更新的每周摘要通知。

6.3 社區(qū)資源

TI E2E? 在線社區(qū)和設(shè)計(jì)支持平臺(tái)為工程師們提供了交流和解決問題的渠道。

6.4 ESD注意事項(xiàng)

由于該器件的內(nèi)置ESD保護(hù)有限，在存儲(chǔ)或處理時(shí)，應(yīng)將引腳短接或放置在導(dǎo)電泡沫中，以防止MOS柵極受到靜電損壞。

TS3USB31E以其出色的性能和豐富的特性，為高速USB 2.0信號(hào)切換提供了可靠的解決方案。在設(shè)計(jì)過程中，工程師們需要充分了解其規(guī)格參數(shù)和應(yīng)用要點(diǎn)，合理布局，以確保設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。大家在使用TS3USB31E的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。