EZ-USB? NX2LP-Flex?：靈活的USB NAND閃存控制器深度剖析

在當今數字化的時代，USB技術的發展日新月異，對于USB閃存控制器的需求也越來越高。Cypress的EZ-USB? NX2LP-Flex?（CY7C68033/CY7C68034）就是一款極具特色的USB NAND閃存控制器，下面我們就來深入了解一下它。

文件下載：CY7C68033-56LTXC.pdf

產品概述

Cypress已被英飛凌收購，但產品仍以Cypress的名義繼續提供給新老客戶。EZ-USB? NX2LP-Flex?是基于固件的可編程版本的EZ-USB NX2LP，它將USB 2.0收發器、串行接口引擎（SIE）、增強型8051微控制器和可編程外設接口集成在單個芯片中，為基于NAND閃存的應用提供了經濟高效的解決方案。

硅特性

高速與低功耗

該控制器支持總線或自供電的USB 2.0操作，經過認證符合相關標準（TID# 40490118）。它具有超低功耗的特點，在任何模式下典型電流消耗僅為43 mA。CY7C68034適用于電池供電應用，待機電流典型值為100 μA；CY7C68033適用于非電池供電應用，待機電流典型值為300 μA。

強大的8051內核

集成了增強型8051內核，固件從內部RAM運行，該RAM在啟動時從NAND閃存下載，無需外部EEPROM。片上有15 KBytes的代碼/數據RAM，默認NAND固件為8 kB，默認空閑空間為7 kB。

豐富的端點和接口

擁有四個可編程的批量/中斷/等時端點，緩沖選項包括雙緩沖、三緩沖和四緩沖，還有一個額外的可編程64字節端點。具備SmartMedia標準硬件ECC生成功能，可進行1位糾錯和2位檢測。通用可編程接口（GPIF）允許直接連接到大多數并行接口，支持多個就緒（RDY）輸入和控制（CTL）輸出。

其他特性

有12個完全可編程的通用I/O（GPIO）引腳，集成了行業標準的增強型8051，支持48-MHz、24-MHz或12-MHz的CPU操作，有四個時鐘用于每個指令周期，三個計數器/定時器，擴展的中斷系統和兩個數據指針。工作電壓為3.3-V，輸入可耐受5 V。具備矢量USB中斷和GPIF/FIFO中斷，控制傳輸的設置和數據部分有單獨的數據緩沖區，集成了I2C控制器，運行頻率為100或400 kHz，還有四個集成的FIFO。采用節省空間的56引腳QFN封裝。

默認NAND固件特性

高速支持

支持高速（480 Mbps）或全速（12 Mbps）的USB傳輸，根據芯片選擇支持不同的NAND尺寸，如512字節適用于高達1 Gb容量，2K字節適用于高達8 Gb容量，4K字節適用于高達16 Gb容量。

多芯片支持

有12個可配置的GPIO引腳，包括兩個專用芯片使能（CE#）引腳、六個可配置的CE#/GPIO引腳和四個專用GPIO引腳。最多支持八個NAND閃存單設備（單芯片）芯片或四個NAND閃存雙設備（雙芯片）芯片，還可通過編譯選項將未使用的CE#引腳配置為GPIOs。

糾錯與管理

具備行業標準的ECC NAND閃存糾錯功能，每256字節可進行1位糾錯和2位檢測。采用行業標準（SmartMedia）頁面管理，用于磨損均衡算法、壞塊處理和物理到邏輯管理。支持8位NAND閃存接口，支持30 ns、50 ns和100 ns的NAND閃存時序，符合USB大容量存儲類規范修訂版1.0。

功能描述

USB信號速度

NX2LP-Flex以USB規范修訂版2.0定義的全速（12 Mbps）和高速（480 Mbps）運行，不支持1.5 Mbps的低速信號模式。

8051微處理器

嵌入式8051微處理器具有256字節的寄存器RAM、擴展的中斷系統和三個定時器/計數器。芯片有一個片上振蕩器電路，使用外部24 MHz（±100 ppm）晶體，通過片上PLL將24-MHz振蕩器頻率提升至480 MHz，內部計數器將其分頻后作為8051時鐘，默認8051時鐘頻率為12 MHz，可通過CPUCS寄存器動態更改。

I2C總線

NX2LP僅作為主設備支持I2C總線，運行頻率為100/400 kHz。SCL和SDA引腳具有開漏輸出和滯后輸入，即使沒有連接I2C設備，這些信號也必須上拉到3.3 V。I2C總線在啟動時禁用，僅在首次NAND訪問后可用。

總線

具備8位或16位的“FIFO”雙向數據總線，復用在I/O端口B和D上。默認固件鏡像在GPIF主模式下實現8位數據總線，建議添加到默認固件鏡像的其他接口使用此8位數據總線。

枚舉

在啟動序列中，內部邏輯會檢查是否存在具有有效固件的NAND閃存。如果找到有效固件，NX2LP-Flex將加載并按固件運行；如果未檢測到NAND閃存或未找到有效固件，則使用內部ROM空間中的默認值進行制造模式操作。

中斷系統

實現了INT2和INT4的自動向量功能，有27個INT2（USB）向量和14個INT4（FIFO/GPIF）向量。USB中斷由27個中斷源共享，FIFO/GPIF中斷由14個單獨的FIFO/GPIF源共享，都可采用自動向量功能。

復位和喚醒

復位引腳RESET#為低電平時可復位NX2LP-Flex，該引腳具有滯后特性。當使用晶體作為時鐘源時，復位周期約為VCC達到3.0V后5 ms；如果晶體輸入引腳由時鐘信號驅動，內部PLL在VCC達到3.0 V后200 μs穩定。喚醒引腳可使芯片從電源關閉（USB掛起）狀態退出，可通過USB總線活動、外部邏輯斷言WAKEUP引腳或PA3/WU2引腳實現。

寄存器和引腳

寄存器

文檔詳細列出了NX2LP-Flex的寄存器，包括特殊功能寄存器（SFR）、端點配置寄存器、中斷控制寄存器等，這些寄存器用于控制和配置芯片的各種功能。

引腳

提供了56引腳NX2LP-Flex封裝的引腳分配圖和詳細的引腳描述，不同的操作模式（端口模式、GPIF主模式和從FIFO模式）下引腳的功能有所不同。

應用領域

NX2LP-Flex可用于多種應用，如基于NAND閃存的GPS設備、DVB視頻捕獲設備、無線指針/演示工具、MPEG/TV轉換設備、傳統轉換設備、相機、具有生物識別（如指紋）安全的NAND閃存大容量存儲設備、家用PNA設備、無線LAN和MP3播放器等。

設計建議

PCB布局

建議使用至少四層阻抗控制板，以保持信號質量。要指定阻抗目標，控制走線寬度和間距，最小化短截線以避免反射信號。USB連接器外殼和信號地的連接應靠近USB連接器，建議在VBUS附近使用旁路/反激電容。DPLUS和DMINUS走線長度應保持在彼此相差2 mm以內，首選長度為20 - 30 mm，在這些走線下方保持一個完整的接地平面，避免平面分割，除非必要，否則不要在DPLUS或DMINUS走線上放置過孔，并盡可能將其與其他信號走線隔離。

QFN封裝設計

QFN封裝通過將封裝底部的引腳焊接到PCB上實現電氣連接，需要特別注意封裝下方的熱傳遞區域，在PCB中設計銅填充作為熱焊盤。熱量通過設備底部的金屬焊盤從NX2LP-Flex傳遞到PCB，再通過5 × 5陣列的過孔傳導到內部接地平面。過孔的成品直徑為13 mil，QFN的金屬管芯焊盤必須焊接到PCB的熱焊盤上，在板的頂部對每個過孔放置阻焊層以防止焊料流入過孔，頂部的阻焊層還可減少回流焊過程中的出氣。

EZ-USB? NX2LP-Flex?以其豐富的功能、低功耗和靈活的配置，為基于NAND閃存的USB應用提供了一個優秀的解決方案。電子工程師在設計相關產品時，可以充分利用其特性，實現高效、穩定的系統設計。你在使用類似產品時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗。