深入解析TUSB1105和TUSB1106：USB收發器的理想之選

引言

在當今數字化時代，USB接口已經成為電子設備中不可或缺的一部分。TUSB1105和TUSB1106作為先進的通用串行總線收發器，為電子工程師在設計USB相關設備時提供了強大的支持。本文將深入探討這兩款收發器的特點、功能、應用場景以及相關的技術細節，希望能為廣大電子工程師在實際設計中提供有價值的參考。

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產品概述

TUSB1105和TUSB1106是德州儀器（TI）推出的通用串行總線（USB）收發器，它們完全符合USB規范Rev. 2.0。這兩款設備能夠以全速（12 Mbit/s）和低速（1.5 Mbit/s）兩種數據速率進行串行數據的收發，既可以作為USB設備收發器，也可以作為USB主機收發器使用。

產品特點

1. 兼容性強：與通用串行總線規范Rev. 2.0兼容，確保了與各種USB設備的良好兼容性。
2. 雙速傳輸：支持全速（12 Mbit/s）和低速（1.5 Mbit/s）數據傳輸，滿足不同應用場景的需求。
3. 集成電壓調節器：內置可旁路的5 - V至3.3 - V電壓調節器，可通過USB $V_{BUS}$ 供電，為設備提供穩定的電源。
4. 多種工作模式：支持單端和差分輸入模式（TUSB1105），或僅支持差分輸入模式（TUSB1106），增加了設計的靈活性。
5. 穩定的接收輸出：在SE0條件下，RCV輸出穩定，保證了數據接收的可靠性。
6. 低功耗設計：非常適合便攜式設備，延長了設備的電池續航時間。
7. 寬I/O電壓范圍：支持1.65 V至3.6 V的I/O電壓范圍，可與不同電壓的外部電路兼容。
8. 高ESD防護：符合IEC - 61000 - 4 - 2 ESD標準，具有±9 - kV接觸放電模型（D +, D –, VCC(5.0)）和±15 - kV人體模型（D +, D –, VCC(5.0)）的防護能力，提高了設備的可靠性。

應用場景

TUSB1105和TUSB1106廣泛應用于各種電子設備中，如移動電話、個人數字助理（PDA）、信息家電（IA）和數碼相機（DSC）等。這些設備通常對功耗、尺寸和兼容性有較高的要求，而這兩款收發器正好滿足了這些需求。

功能詳細解析

引腳功能

TUSB1105和TUSB1106的引腳功能豐富多樣，不同的引腳在設備的工作中發揮著不同的作用。以下是一些主要引腳的功能介紹：

• OE（輸出使能）：CMOS電平，低電平有效，用于使能收發器在USB總線上傳輸數據。
• RCV（差分數據接收器）：CMOS電平，當輸入SUSPND為高電平時，輸出為低電平；在SE0條件下，輸出狀態保持穩定。
• VP和VM（單端接收器）：用于外部檢測單端零（SE0）、錯誤條件和連接設備的速度。當沒有電源電壓連接到Vcc(5.0)和Vreg(3.3)時，輸出為高電平。
• SUSPND（暫停）：CMOS電平，高電平使能設備在USB總線空閑時進入低功耗狀態，并將RCV輸出拉低。
• MODE（模式選擇）：僅TUSB1105有此引腳，CMOS電平，高電平使能差分輸入模式，低電平使能單端輸入模式。
• SPEED（速度選擇）：CMOS電平，低電平選擇低速（1.5 Mbit/s），高電平選擇全速（12 Mbit/s）。
• D - 和D +（USB數據總線連接）：分別為負和正的USB數據總線連接，用于差分數據傳輸。在不同速度模式下，需要通過1.5 - kΩ電阻連接到Vpu(3.3)。

功能選擇

驅動和接收功能

TUSB1105和TUSB1106在不同的輸入數據接口和引腳狀態下，具有不同的驅動和接收功能。以下是一些具體的功能表：

• TUSB1105單端輸入數據接口（Pin MODE = L）驅動功能（Pin $overline{OE}$ = L）	FSEO	VO	DATA	DATA STATE
  低速	全速
  L	L	差分邏輯0	J	K
  L	H	差分邏輯1	K	J
  H	L	SE0	X	X
  H	H	SE0	X	X

• TUSB1105（Pin MODE = H）和TUSB1106差分輸入數據接口驅動功能（Pin $overline{OE}$ = L）	VMO	VPO	DATA	DATA STATE
  低速	全速
  L	L	SE0	X	X
  H	L	差分邏輯0	J	K
  L	H	差分邏輯1	K	J
  H	H	非法狀態	X	X

• 接收功能（Pin $overline{OE}$ = H）	D +, D -	RCV	Vp	VM	DATA STATE
  低速	全速
  差分邏輯0	L	L	H	J	K
  差分邏輯1	H	H	L	K	J
  SE0	RCV*	L	L	X	X

電源供應配置

TUSB1105和TUSB1106可以采用不同的電源供應配置，并且可以動態更改。主要有以下三種模式：

• 正常模式：$V{CC(1 / O)}$ 和 $V{CC(5.0)}$ 或（$V{CC(5.0)}$ 和 $V{reg(3.3)}$）都連接。對于5 - V操作，$V{CC(5.0)}$ 連接到4 V至5.5 V的電源，內部電壓調節器產生3.3 V的USB連接電源；對于3.3 - V操作，$V{CC(5.0)}$ 和 $V{reg(3.3)}$ 都連接到3 V至3.6 V的電源。$V{CC(UO)}$ 獨立連接到1.65 V至3.6 V的電壓源，具體取決于外部電路的電源電壓。
• 禁用模式：$V{CC(10)}$ 未連接，$V{CC(5.0)}$ 或（$V{CC(5.0)}$ 和 $V{reg(3.3)}$）連接。在這種模式下，TUSB1105和TUSB1106的內部電路使D + 和D – 引腳處于高阻態，功耗降至低功耗（暫停）狀態水平。
• 共享模式：$V{CC(1 / O)}$ 連接，（$V{CC(5.0)}$ 和 $V{reg(3.3)}$）未連接。在這種模式下，D + 和D – 引腳處于高阻態，允許外部高達3.6 V的信號共享D + 和D – 線路。TUSB1105和TUSB1106的內部電路確保通過D + 和D – 線路的電流幾乎為零（最大10 mA），功耗通過 $V{CC(1 / O)}$ 降至低功耗（暫停）狀態水平。同時，VP和VM引腳輸出高電平，RCV引腳輸出低電平。

電源供應輸入選項

TUSB1105和TUSB1106有兩種電源供應輸入選項：

• 內部調節器：$V{CC(5.0)}$ 作為內部調節器的電源輸入（4 V至5.5 V），$V{reg(3.3)}$ 作為電壓參考輸出（3.3 V，300 μA），$V_{CC(1 / O)}$ 為數字I/O引腳的電源輸入（1.65 V至3.6 V）。
• 調節器旁路：$V{CC(5.0)}$ 和 $V{reg(3.3)}$ 連接在一起，最大電壓降為0.3 V（2.7 V至3.6 V），$V{reg(3.3)}$ 作為電源輸入（3 V至3.6 V），$V{CC(1 / O)}$ 同樣為數字I/O引腳的電源輸入（1.65 V至3.6 V）。

電氣特性

靜電放電（ESD）特性

TUSB1105和TUSB1106在靜電放電防護方面表現出色。D +、D -、Vcc(5.0)和GND引腳在人體模型測試中可承受±15 kV的靜電放電，在IEC - 61000 - 4 - 2接觸放電測試中可承受±8 kV的靜電放電；其他引腳在人體模型測試中可承受±7 kV的靜電放電。

絕對最大額定值

在使用TUSB1105和TUSB1106時，需要注意其絕對最大額定值，以避免對設備造成永久性損壞。例如，$V{CC(5.0)}$ 的電源電壓范圍為 - 0.5 V至6 V，$V{CC(1 / O)}$ 和 $V_{CCreg(3.3)}$ 的電源電壓范圍為 - 0.5 V至4.6 V等。

推薦工作條件

為了確保設備的正常工作和性能穩定，建議在推薦的工作條件下使用。例如，$V{CC(5.0)}$ 在內部調節器選項下的電壓范圍為4 V至5.5 V，在調節器旁路選項下的電壓范圍為3 V至3.6 V；$V{CC(1 / O)}$ 的電壓范圍為1.65 V至3.6 V等。

靜態和動態電氣特性

文檔中詳細列出了TUSB1105和TUSB1106在不同條件下的靜態和動態電氣特性，如電源引腳的電流、電壓，數字引腳的輸入輸出電壓和電流，模擬I/O引腳的電容、阻抗、上升時間、下降時間等。這些特性數據對于工程師在設計電路時進行參數選擇和性能評估非常重要。

應用信息

負載連接

在實際應用中，需要根據不同的功能和模式，正確連接負載。例如，對于Enable和Disable Times的負載，在不同的條件下，$V$ 的取值不同；對于VM、VP和RCV的負載，以及D + 和D - 的負載，也有相應的連接要求。

不同工作模式

• 外設端（全速）調節器旁路模式：當板上已經有3.3 - V電源時，可以采用此模式。USB連接器的 $V{BUS}$ 引腳如果未使用，應通過0.1 - μF電容接地。在全速工作時，需要將1.5 - kΩ電阻連接在D + 線和 $V{PU(3.3)}$ 或外部3.3 - V電源之間。當 $V{CC(5.0)}$ 和 $V{reg(3.3)}$ 連接在一起時，設備進入調節器旁路模式，可節省功耗。
• 外設端（低速）調節器旁路模式：與全速模式類似，只是在低速工作時，需要將1.5 - kΩ電阻連接在D - 線和 $V_{PU(3.3)}$ 或外部3.3 - V電源之間。
• 外設端（全速）內部調節器模式：如果板上沒有3.3 - V電源，可以通過USB的 $V{BUS}$ 線為TUSB1105/1106的USB側供電。$V{CC(5.0)}$ 連接到 $V{BUS}$，接收主機的5 - V電源，并在 $V{reg(3.3)}$ 引腳產生3.3 - V輸出。在這種模式下，$V{CC(5.0)}$ 和 $V{reg(3.3)}$ 引腳需要分別連接0.1 - μF的旁路電容。通過 $V{BUS}$ 端口為 $V{CC(5.0)}$ 供電，對于便攜式應用（如手機、PDA等）可以實現顯著的功耗節省。在全速工作時，同樣需要將1.5 - kΩ電阻連接在D + 線和 $V_{PU(3.3)}$ 或外部3.3 - V電源之間。
• 外設端（低速）內部調節器模式：與全速內部調節器模式類似，只是在低速工作時，將1.5 - kΩ電阻連接在D - 線和 $V_{PU(3.3)}$ 或外部3.3 - V電源之間。
• 主機側（$V{CC(5.0)}$ 由 $V{BUS}$ 引腳供電）：如果板上沒有3.3 - V電源，可以使用外部5 - V電源為USB側供電。當 $V_{CC(5.0)}$ 連接到外部5 - V電源時，片上調節器產生3.3 - V的內部電源軌，用于驅動TUSB1105/1106 USB側的USB信號電平。邏輯側的I/O可以在1.65 V至3.6 V的任何電壓范圍內工作。
• 主機側（3.3 - V電源存在）內部調節器旁路模式：如果有3.3 - V電源支持USB側的功率需求，需要將 $V{CC(5.0)}$ 和 $V{reg(3.3)}$ 連接在一起，并連接到3.3 - V電源，此時調節器處于非激活狀態。

封裝信息

TUSB1105和TUSB1106提供了多種封裝形式，如QFN（RGT、RTZ、RSV）和TSSOP（PW）等。不同的封裝在引腳數量、尺寸、散熱性能等方面可能有所不同，工程師可以根據實際應用需求選擇合適的封裝。同時，文檔中還提供了詳細的封裝材料信息、機械數據、引腳方向和尺寸等，以及各種封裝的示例電路板布局、焊膏模板設計和注意事項等內容，為工程師在進行PCB設計時提供了全面的參考。

總結

TUSB1105和TUSB1106作為先進的USB收發器，具有兼容性強、雙速傳輸、低功耗、高ESD防護等眾多優點，適用于各種USB相關的電子設備。通過深入了解它們的功能特點、電氣特性、應用場景和封裝信息，電子工程師可以更好地利用這兩款收發器進行電路設計，提高產品的性能和可靠性。在實際設計過程中，還需要根據具體的應用需求和設計要求，合理選擇引腳配置、電源供應模式和封裝形式，同時注意遵循推薦的工作條件和設計規范，以確保設計的成功。希望本文能夠對廣大電子工程師在TUSB1105和TUSB1106的應用設計中有所幫助。

你在使用TUSB1105和TUSB1106的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。