TPS2540 USB 充电端口控制器数据手册

TPS2540/40A 和 TPS2541/41A 是限流 USB 端口电源开关与 USB 2.0 高速数据线 （D+/D-） 开关和 USB 充电端口识别电路的组合。应用包括笔记本电脑和其他智能 USB 主机设备。宽带宽 （2.6 GHz） 数据线开关还具有低电容和低导通电阻，允许信号以最小的边沿和相位失真通过。TPS2540/40A/41/41A 监测 D+ 和 D-，为兼容的客户端设备提供正确的握手协议。
*附件：tps2540.pdf

TPS2540/40A/41/41A 支持以下充电逻辑方案：

• USB 2.0 BC1.2
• 中国电信标准 YD/T 1591-2009
• 分频器模式，兼容 iPod 和 iPhone 等 Apple 设备

CTL1-CTL3 逻辑输入用于选择 TPS2540/40A 和 TPS2541/41A 提供的各种充电模式之一。这些充电模式允许主机设备在专用充电端口 （DCP）（壁式适配器仿真）、充电下行端口 （CDP）（支持 1.5A 的有源 USB 2.0 数据通信）或标准下行端口 （SDP） USB 2.0 模式（支持 500mA 的有源 USB 2.0 数据通信）之间进行选择。TPS2540/40A/41/41A 还集成了自动检测功能，支持电池充电规范 （BC1.2） 的 DCP 方案和分压器模式，无需外部用户交互。

TPS2540A 自动检测模式还具有更长的分离检测时间，因此它可以支持某些独特的不合规设备。TPS2540/40A/41/41A 配电开关适用于可能遇到重电容负载和短路的应用，在单个封装中集成了 73mΩ N 沟道 MOSFET。当输出负载超过限流阈值时，使用恒流模式。ILIM_SEL logic input 选择两个限流阈值之一，每个阈值都可通过外部电阻器单独调节。其他 USB 开关功能包括去毛刺输出故障报告 （FAULT） 和逻辑电平使能 EN （TPS2540/40A） 或 OUT 放电控制 DSC （TPS2541）。对于 TPS2540/40A，模式“000”用于强制输出放电。

特性

• 符合 DCP 和 CDP 的电池充电规范 BC1.2
• 符合中国电信行业标准 YD/T 1591-2009
• 支持大多数可用 Apple 设备和/或符合 BC1.2 标准的设备的睡眠模式充电
• 兼容 USB 2.0 和 3.0 电源开关要求
• 2.6GHz 带宽 USB 2.0 数据开关
• 73mΩ（典型值）高侧 MOSFET
• 可调电流限制高达 2.8 A（典型值）
• 通过 CTLx=000 （TPS2540/40A） 或 DSC （TPS2541/41A） 输入进行 OUT 放电
• 更长的分离检测时间 （TPS2540A/41A），支持其他传统设备
• 采用 16 引脚 QFN 封装

参数

方框图

1. 产品概述

TPS2540/40A/41/41A 是一款由 Texas Instruments 生产的 USB 充电端口电源开关和控制器，适用于笔记本电脑和其他智能 USB 主机设备。它结合了电流限制的 USB 端口电源开关，支持 DCP（专用充电端口）和 CDP（充电下游端口），并包含一个 USB 2.0 高速数据线（D+/D-）开关。

2. 主要特性

• ‌符合多项标准‌：满足电池充电规范 BC1.2、中国电信行业标准 YD/T 1591-2009。
• ‌睡眠模式充电‌：支持大多数 Apple 设备和其他符合 BC1.2 的设备在睡眠模式下的充电。
• ‌高带宽数据线开关‌：2.6 GHz 带宽，低电容和低导通电阻，确保信号传输的最小边缘和相位失真。
• ‌多种充电模式‌：支持 SDP（标准下游端口）、CDP 和 DCP 三种充电模式，并具有自动检测功能。
• ‌可调电流限制‌：电流限制可调，最高可达 2.8A（典型值）。

3. 应用领域

• ‌笔记本电脑‌
• ‌USB 端口和集线器‌
• ‌智能 USB 主机设备‌

4. 功能描述

• ‌充电逻辑方案‌：通过 CTL1、CTL2 和 CTL3 逻辑输入选择多种充电模式。
• ‌输出放电‌：通过特定的 CTLx 配置或 DSC（放电控制）引脚实现输出放电。
• ‌过流和过热保护‌：在过流或过热条件下，设备将限制输出电流或关闭电源开关，并通过 FAULT 引脚报告故障。
• ‌数据线开关‌：在 CDP 或 SDP 模式下，D+/D- 数据线开关被启用，以支持监测和握手操作。

5. 电气特性

• ‌静态漏源导通电阻‌：典型值为 73mΩ。
• ‌启用阈值‌：EN（或 DSC）引脚的下降阈值电压为 0.9V 至 1.65V。
• ‌供电电流‌：禁用时供电电流很低，启用时根据操作模式有所不同。
• ‌故障去抖动时间‌：由于过流条件导致的 FAULT 断言或否定去抖动时间为 5ms 至 12ms。

6. 封装与尺寸

• ‌封装类型‌：16 引脚 QFN 封装（RTE 封装）。
• ‌尺寸‌：具体尺寸信息请参考数据手册中的封装信息部分。

7. 设计指南

• ‌布局建议‌：将 TPS2540/40A/41/41A 放置在靠近 USB 输出连接器和 150μF 输出滤波电容的位置，并将 Power PAD 连接到 GND 引脚和系统地平面。
• ‌输入电容‌：在 IN 引脚和 GND 之间放置 0.1μF 或更大的陶瓷旁路电容。
• ‌数据线布线‌：D+/D- 迹线应作为受控阻抗差分对进行布线，并尽量减少高速数据线中使用过孔。

8. 热设计考虑

• ‌功率耗散和结温‌：设计时需考虑功率耗散和结温，以确保设备在推荐工作条件下运行。使用数据手册中提供的热阻信息来计算结温。

9. 结论

TPS2540/40A/41/41A 是一款功能全面的 USB 充电端口电源开关和控制器，适用于多种智能设备和应用场景。其符合多项标准、支持多种充电模式、具有可调电流限制和过流/过热保护等特性，使其成为 USB 充电解决方案的理想选择。