德州儀器TS3USB3031——高速開關(guān)的優(yōu)質(zhì)之選

整體概述

在電子設(shè)備不斷追求小型化、高速化的今天，一款性能卓越的開關(guān)芯片顯得尤為重要。德州儀器（TI）的TS3USB3031就是這樣一款值得關(guān)注的產(chǎn)品，它是一款2通道、1:3復(fù)用器，將高速移動(dòng)高清鏈路（MHL）、移動(dòng)顯示端口（MyDP）開關(guān)和USB 2.0高速（480Mbps）開關(guān)集成在同一個(gè)封裝中，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)師節(jié)省了寶貴的電路板空間，同時(shí)減少了多個(gè)連接器的使用。

文件下載：ts3usb3031.pdf

產(chǎn)品特性

電氣性能

• 寬電壓范圍：(V_{CC})范圍為2.5V至4.3V，能適應(yīng)多種電源環(huán)境。
• 低導(dǎo)通電阻：MHL開關(guān)的(R{ON})（典型值）為5.5Ω，USB開關(guān)的(R{ON})（典型值）為4.5Ω，低導(dǎo)通電阻有助于減少信號(hào)傳輸過程中的損耗。
• 低電容：MHL開關(guān)的(C{ON})（典型值）為1.3pF，USB開關(guān)的(C{ON})（典型值）為1pF，低電容可以降低信號(hào)的延遲和失真。
• 低功耗：典型電流消耗僅為28μA，對(duì)于對(duì)功耗敏感的移動(dòng)設(shè)備來說非常友好。

特殊特性

• (IOFF)保護(hù)：在掉電狀態(tài)（(V_{CC}=0V)）下，能有效防止電流泄漏，保護(hù)設(shè)備和系統(tǒng)。
• 1.8V兼容控制輸入：SEL控制輸入與1.8V邏輯兼容，方便與各種處理器接口。
• 過壓耐受：所有I/O引腳無需外部組件即可承受高達(dá)5.5V的過壓，增強(qiáng)了設(shè)備的可靠性。

ESD性能

• 人體模型（HBM）：2kV，能有效抵抗人體靜電放電的影響。
• 帶電設(shè)備模型（CDM）：1kV，提高了設(shè)備在生產(chǎn)和使用過程中的抗靜電能力。

封裝形式

采用12引腳VQFN封裝（1.8mm × 1.8mm，0.4mm間距），尺寸小巧，適合用于空間有限的移動(dòng)設(shè)備。

應(yīng)用場(chǎng)景

TS3USB3031的應(yīng)用場(chǎng)景非常廣泛，包括智能手機(jī)、平板電腦、移動(dòng)電話、便攜式儀器和數(shù)碼相機(jī)等。在這些設(shè)備中，它可以實(shí)現(xiàn)USB 2.0高速數(shù)據(jù)傳輸和MHL高清視頻輸出的切換，為用戶帶來更好的使用體驗(yàn)。

詳細(xì)規(guī)格

絕對(duì)最大額定值

• 電源電壓（(V_{CC})）：-0.3V至5.5V
• 輸入/輸出直流電壓（(V_{I/O})）：-0.3V至5.5V
• 輸入/輸出端口二極管電流（(I_{K})）：-50mA
• 數(shù)字輸入電壓（(V_{I})）：-0.3V至5.5V
• 數(shù)字邏輯輸入鉗位電流（(I_{IK})）：-50mA
• 連續(xù)開關(guān)直流輸出電流（(I_{I/O})）：60mA
• 存儲(chǔ)溫度（(T_{stg})）：-65°C至150°C

推薦工作條件

• 電源電壓（(V_{CC})）：2.5V至4.3V
• 模擬電壓（(V_{I/O})）：0V至3.6V
• 數(shù)字輸入電壓（(V_{I})）：0V至(V_{CC})
• 電源斜坡時(shí)間要求（(T_{RAMP})）：100至1000μs/V
• 峰值開關(guān)直流輸出電流（(I_{I/O,PEAK})）：150mA
• 工作環(huán)境溫度（(T_{A})）：-40°C至85°C

熱信息

• 結(jié)到環(huán)境熱阻（(R_{θJA})）：160.8°C/W
• 結(jié)到外殼（頂部）熱阻（(R_{θJC(top)})）：95.5°C/W
• 結(jié)到電路板熱阻（(R_{θJB})）：91.2°C/W

功能模式

應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)

典型應(yīng)用

在典型應(yīng)用中，TS3USB3031用于在兩組USB路徑和MHL路徑之間切換信號(hào)。它有內(nèi)部6-MΩ下拉電阻，確保默認(rèn)選擇USB1通道。同時(shí)，還使用了TS5A3157開關(guān)來切換MHL的CBUS和USB OTG應(yīng)用所需的USB ID線。

設(shè)計(jì)要求

• 遵循MHL和USB 1.0、1.1和2.0標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)要求。
• 無需在邏輯引腳（SEL0和SEL1）上使用外部電阻，內(nèi)部下拉電阻可確保默認(rèn)選擇USB1通道。

詳細(xì)設(shè)計(jì)過程

雖然TS3USB3031無需外部組件即可正常工作，但建議將未使用的信號(hào)I/O引腳通過50-Ω電阻接地，以防止信號(hào)反射。

布局指南

• 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：高速D+和D–走線長(zhǎng)度應(yīng)相等，且不超過四英寸，以保證眼圖性能。
• 阻抗匹配：D+和D–走線的阻抗應(yīng)與電纜的差分特性阻抗匹配，以實(shí)現(xiàn)最佳性能。
• 減少反射：盡量減少高速USB信號(hào)的過孔和拐角數(shù)量，使用兩個(gè)45°轉(zhuǎn)彎或圓弧代替90°轉(zhuǎn)彎，避免走線下方或附近有晶體、振蕩器等干擾源。

總結(jié)

TS3USB3031憑借其出色的電氣性能、豐富的特殊特性和小巧的封裝形式，在高速開關(guān)應(yīng)用中具有很大的優(yōu)勢(shì)。無論是對(duì)于移動(dòng)設(shè)備的設(shè)計(jì)，還是其他需要高速信號(hào)切換的場(chǎng)景，它都是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。不過，在實(shí)際應(yīng)用中，我們還需要根據(jù)具體的設(shè)計(jì)要求，合理布局和使用該芯片，以充分發(fā)揮其性能。大家在使用TS3USB3031的過程中，有沒有遇到過什么問題或者有什么獨(dú)特的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)兀繗g迎在評(píng)論區(qū)分享。