高速USB 2.0開關TS3USB31E：設計與應用指南

在電子設備設計中，高速信號的切換與傳輸至關重要。今天，我們就來深入了解一款專為高速USB 2.0信號切換設計的開關——TS3USB31E。

文件下載：ts3usb31e.pdf

一、TS3USB31E概述

TS3USB31E是一款1:1 SPST高帶寬開關，它被精心設計用于手機和消費類應用中高速USB 2.0信號的切換。像手機、數碼相機，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備，都能看到它的身影。它的帶寬高達1100 MHz，能夠讓信號以最小的邊緣和相位失真通過。而且，這個開關是雙向的，對高速信號幾乎沒有衰減。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）等多種標準兼容。

二、TS3USB31E的特性亮點

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，能適應不同的電源環境。
• 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備集成。

2.2 低功耗與高性能

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

2.3 出色的ESD保護性能

該開關在ESD性能測試中表現優異，人體模型（HBM）測試可達8000 V（A114 - B，Class II），充電設備模型（CDM）為1000 V（C101），機器模型（A115 - A）為250 V。其COM端口到GND的人體模型ESD性能更是高達15000 V。

2.4 小封裝設計

采用8引腳TQFN封裝（1.5 mm × 1.5 mm），節省了PCB空間，適合小型化設備的設計。

三、TS3USB31E的引腳配置與功能

四、TS3USB31E的規格參數

4.1 絕對最大額定值

在使用過程中，要注意各項參數的絕對最大額定值，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對設備造成永久性損壞。

4.2 ESD額定值

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

4.3 推薦工作條件

為了保證設備的正常運行，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

文檔中還給出了熱信息、電氣特性、動態電氣特性和開關特性等詳細參數。這些參數為工程師在設計電路時提供了重要的參考依據。例如，典型的帶寬（ - 3 dB）為1100 MHz，能滿足高速信號傳輸的需求。

五、TS3USB31E的應用與設計要點

5.1 應用場景

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

5.2 設計要求與步驟

• 遵循標準：設計時需遵循USB 1.0、1.1和2.0標準的要求。
• 控制引腳處理：建議將數字控制引腳OE上拉到 $V_{CC}$ 或下拉到地，避免因引腳浮空導致開關位置異常。
• 外部組件：該開關可以在沒有任何外部組件的情況下正常工作，但為了防止信號反射，建議將未使用的引腳通過50 - Ω電阻接地。同時，N.C引腳必須保持浮空。

5.3 布局注意事項

• 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。
• 走線長度與阻抗匹配：高速D + 和D - 走線長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。
• 減少信號反射：高速USB信號走線應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。當需要轉彎時，使用兩個45°轉彎或圓弧代替90°轉彎。
• 避免干擾源：不要將USB走線布置在晶體、振蕩器、時鐘信號發生器、開關穩壓器、安裝孔、磁性設備或使用時鐘信號的IC附近。
• 避免Stub：高速USB信號應避免出現Stub，如果無法避免，Stub長度必須小于200 mm。
• 多層板設計：建議使用至少四層的印刷電路板，將大部分信號走線布置在同一層，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的設計指導。

6.2 文檔更新通知

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

6.3 社區資源

TI E2E? 在線社區和設計支持平臺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

由于該器件的內置ESD保護有限，在存儲或處理時，應將引腳短接或放置在導電泡沫中，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信號切換提供了可靠的解決方案。在設計過程中，工程師們需要充分了解其規格參數和應用要點，合理布局，以確保設備的穩定性和可靠性。大家在使用TS3USB31E的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享交流。