SGM7220：USB Type - C配置通道邏輯與端口控制芯片詳解

在當(dāng)今電子設(shè)備飛速發(fā)展的時(shí)代，USB Type - C接口憑借其可逆插拔、高速數(shù)據(jù)傳輸和大功率供電等優(yōu)勢，成為了各類設(shè)備的主流接口。SGM7220作為一款專注于USB Type - C配置通道邏輯和端口控制的芯片，為USB Type - C接口的穩(wěn)定運(yùn)行提供了強(qiáng)大支持。今天，我們就來深入了解一下SGM7220芯片。

文件下載：SGM7220.pdf

一、SGM7220概述

SGM7220是SGMICRO推出的一款用于USB Type - C端口的芯片，它具備配置通道（CC）邏輯，能夠通過CC引腳實(shí)現(xiàn)端口連接與斷開檢測、電纜方向判斷、角色檢測以及端口控制等功能。該芯片可配置為下游端口（DFP）、上游端口（UFP）或雙角色端口（DRP），適用于多種應(yīng)用場景。

特性亮點(diǎn)

1. 寬電源電壓范圍：支持2.7V至5V的電源電壓，能適應(yīng)不同的電源環(huán)境。
2. 符合USB Type - C規(guī)范：支持USB Type - C Specification 1.1，同時(shí)向后兼容1.0版本，確保了與多種設(shè)備的兼容性。
3. 低功耗設(shè)計(jì)：具有低電流消耗特性，有助于延長設(shè)備的續(xù)航時(shí)間。
4. 多種模式配置：支持DFP、UFP、DRP等多種模式，還具備Try.SNK模式，滿足不同應(yīng)用需求。
5. 豐富的檢測功能：包括端口連接檢測、電纜方向檢測、角色檢測、Type - C電流模式檢測以及(V_{BUS})檢測等。
6. 靈活的控制方式：支持I2C或GPIO控制，方便工程師根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇。
7. 寬工作溫度范圍：可在 - 40℃至 + 125℃的工業(yè)和商業(yè)溫度范圍內(nèi)正常工作。
8. 環(huán)保封裝：采用Green UTQFN - 1.6×1.6 - 12L封裝，符合環(huán)保要求。

應(yīng)用領(lǐng)域

SGM7220適用于多種設(shè)備，如手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦以及各類USB外設(shè)等，可應(yīng)用于主機(jī)、設(shè)備和雙角色端口等場景。

二、引腳配置與功能

引腳配置

引腳功能詳解

1. PORT引腳：通過設(shè)置該引腳的電平狀態(tài)（高、低或浮空），可以將SGM7220配置為DFP、UFP或DRP模式。
2. ADDR引腳：決定芯片的控制模式，浮空時(shí)為GPIO模式，拉高或拉低時(shí)為I2C模式。
3. INT_N/OUT3引腳：在I2C控制模式下作為中斷信號輸出，在GPIO模式下用于音頻附件檢測。
4. SDA/OUT1和SCL/OUT2引腳：在I2C模式下分別作為數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號，在GPIO模式下用于Type - C電流模式檢測。

三、電氣特性

電源相關(guān)特性

SGM7220的電源電壓范圍為2.7V至5V，不同模式下的電流消耗有所不同。例如，在未連接且等待連接的UFP模式下，未連接模式電流消耗為70 - 85μA；在激活的UFP模式下，電流消耗為70 - 90μA；而在SGM7220未使能時(shí)，泄漏電流僅為0.04 - 0.5μA。

控制引腳特性

控制引腳（如PORT、ADDR、INTN/OUT3、EN、ID）具有特定的輸入輸出電壓和電流要求。例如，低電平控制信號輸入電壓（PORT、ADDR、EN）為0.4V，高電平控制信號輸入電壓為(V{DD}) - 0.3V。

I2C相關(guān)特性

I2C通信時(shí)，SDA/OUT1和SCL/OUT2引腳可在1.65V至3.6V的電源范圍內(nèi)工作，支持400kHz的I2C總線。同時(shí)，對I2C信號的時(shí)序也有嚴(yán)格要求，如數(shù)據(jù)建立時(shí)間、保持時(shí)間等。

四、功能特性

端口角色配置

SGM7220可通過PORT引腳靈活配置為DFP、UFP或DRP模式。

1. DFP模式（下游端口 - 源）：將PORT引腳拉高可配置為DFP模式。在該模式下，芯片會(huì)在CC引腳上持續(xù)提供上拉電阻(R_{P})，初始時(shí)會(huì)宣傳默認(rèn)的USB Type - C電流，可通過I2C調(diào)整電流宣傳值。
2. UFP模式（上游端口 - 匯）：將PORT引腳拉低可配置為UFP模式。此時(shí)，芯片會(huì)在CC引腳上持續(xù)提供下拉電阻(R_{D})，通過監(jiān)測CC引腳電壓來確定連接的DFP所宣傳的電流模式。
3. DRP模式（雙角色端口）：將PORT引腳浮空可配置為DRP模式。在該模式下，芯片會(huì)在DFP和UFP模式之間切換，分別遵循相應(yīng)模式的操作規(guī)范。

Type - C電流模式

當(dāng)檢測到有效電纜連接后，DFP可以宣傳不同的Type - C電流水平。SGM7220默認(rèn)宣傳的電流為USB2.0的500mA（MAX）或USB3.1的900mA（MAX），可通過I2C寄存器設(shè)置為1.5A（中電流）或3A（高電流）。

附件支持

SGM7220支持音頻和調(diào)試附件，可通過I2C寄存器讀取相關(guān)信息。在GPIO模式下，可通過INT_N/OUT3引腳檢測音頻附件連接。

1. 音頻附件：支持被動(dòng)音頻適配器和充電音頻適配器。被動(dòng)音頻適配器可將Type - C接口轉(zhuǎn)換為音頻端口，充電音頻適配器在提供音頻功能的同時(shí)還能提供500mA的充電電流。
2. 調(diào)試附件：USB Type - C支持調(diào)試狀態(tài)，但SGM7220在DRP或UFP模式下不支持充電調(diào)試附件。

I2C和GPIO控制

通過ADDR引腳可將SGM7220配置為I2C通信模式或GPIO輸出模式。在I2C模式下，使用SCL和SDA進(jìn)行時(shí)鐘和數(shù)據(jù)通信；在GPIO模式下，OUT1和OUT2引腳用于輸出Type - C電流模式，OUT3引腳用于音頻附件檢測。

(V_{BUS})檢測

SGM7220支持(V{BUS})檢測，可用于確定UFP的連接或斷開，以及進(jìn)入或退出附件模式。在DRP或UFP模式下，系統(tǒng)(V{BUS})電壓需通過866kΩ電阻連接到VBUS_DET引腳；在DFP模式下，該引腳可懸空。

五、功能模式

未連接模式

這是SGM7220的主要工作模式，此時(shí)(V_{DD})可用，所有IO和I2C都可正常工作。芯片上電后進(jìn)入該模式，會(huì)檢查PORT引腳并根據(jù)配置模式進(jìn)行操作。在該模式下，可通過I2C更改模式配置或端口角色。

激活模式

當(dāng)端口連接成功后進(jìn)入激活模式，此時(shí)所有GPIO和I2C都可正常讀寫。芯片會(huì)通過相應(yīng)引腳向AP通知USB端口已連接。在特定條件下（如拔下電纜、移除(V_{BUS})、電池沒電、EN引腳浮空或拉高），芯片會(huì)退出激活模式。

死電池模式

當(dāng)(V{DD})不可用時(shí)進(jìn)入死電池模式，CC引腳默認(rèn)連接下拉電阻(R{D})。在此模式下，需注意非故障安全引腳的處理，避免反向驅(qū)動(dòng)芯片。

關(guān)機(jī)模式

當(dāng)電源電壓可用且EN引腳拉高時(shí)，SGM7220進(jìn)入關(guān)機(jī)模式，此時(shí)芯片處于低功耗狀態(tài)，但仍保持CC引腳上的(R_{D})。

六、編程與寄存器

I2C控制

SGM7220可通過I2C進(jìn)行控制，上電后(t_{I2C_EN})時(shí)間后，其本地I2C接口可用于讀寫操作。通過ADDR引腳設(shè)置I2C地址，有0x47和0x67兩種選擇。

寄存器映射

SGM7220的寄存器包含多種功能，如設(shè)備ID、電流模式宣傳、檢測、附件連接、中斷狀態(tài)等。通過對這些寄存器的讀寫操作，可以實(shí)現(xiàn)對芯片功能的控制和狀態(tài)監(jiān)測。

七、應(yīng)用信息

不同模式下的設(shè)計(jì)示例

SGM7220在不同模式（DRP、DFP、UFP）下的設(shè)計(jì)有各自的要求和特點(diǎn)。

1. DRP模式（I2C模式）：需將PORT引腳懸空，ADDR引腳拉低或拉高以設(shè)置I2C地址，同時(shí)要注意(V{DD})的范圍、電容的選擇、引腳的上拉電阻設(shè)置以及(V{BUS})檢測等。
2. DFP模式（I2C模式）：將PORT引腳拉高，其他設(shè)置與DRP模式類似，但在電容選擇上，DFP模式要求至少120μF的大容量電容。
3. UFP模式（I2C模式）：將PORT引腳拉低，電容選擇范圍為1μF至10μF。

初始化設(shè)置

SGM7220的一般上電順序?yàn)椋合到y(tǒng)斷電（芯片無(V{DD})） -> (V{DD})上升 -> I2C電源上升 -> 進(jìn)入未連接模式并確定PORT引腳電壓以確定工作模式 -> 監(jiān)測CC引腳和(V_{BUS}) -> 檢測到連接后進(jìn)入激活模式。

電源供應(yīng)建議

SGM7220的電源供應(yīng)范圍為2.7V至5V，可使用系統(tǒng)電源（如電池）供電。

八、總結(jié)

SGM7220作為一款功能強(qiáng)大的USB Type - C配置通道邏輯和端口控制芯片，具有豐富的功能和靈活的配置選項(xiàng)。其寬電源范圍、低功耗、多種模式支持以及對各類附件的支持，使其在USB Type - C接口應(yīng)用中具有廣泛的應(yīng)用前景。電子工程師在設(shè)計(jì)相關(guān)產(chǎn)品時(shí)，可以充分利用SGM7220的特性，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、高效的USB Type - C接口設(shè)計(jì)。你在使用SGM7220芯片的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。