Microchip Technology MCP22301 USB Type-C^®^ 供电 (PD) 3.1控制器设计用于符合USB Type-C电缆和连接器规范以及USB PD 3.1规范。这些独立的小尺寸控制器可为USB Type-C插座提供电缆插头方向和检测。MCP22301 PD控制器通过集成的USB PD 3.1 MAC实现与合作伙伴USB Type-C设备的基带通信。这些控制器集成了USB Type-C PD应用所需的模拟分立元件，包括用于过流/过压检测的电压/电流检测电路和两个具有Rp/Rd开关的VCONN FET。

数据手册：*附件：Microchip Technology MCP22301 USB Type-C™ PD 3.1控制器数据手册.pdf

MCP22301 PD控制器具有SAMD20（32位Arm^^^ ^Cortex® -M0+）微控制器和MCP22350 PD MAC/PHY功能。这些控制器包括10个可配置通用I/O引脚，采用6mmx6mm 40-VQFN封装。MCP22301 PD控制器可用于多端口充电底座、充电柜、会议系统、销售点终端和电动工具。

特性

• USB PD 3.1兼容MAC
• 支持USB Type-C接口，具有连接检测和控制功能
• USB Type-C电缆检测逻辑
• 集成模拟分立元件
• 32位ARM^®^ Cortex-M0+ CPU
• 可通过外部MCP22350选择双端口解决方案：
  • 供电固件控制所有端口
  • 用于外部MCP22350通信的SPI
• 电源和I/O
  • 集成1.8 V稳压器
  • 十个可配置的通用输入/输出引脚
• 完全可定制的PD固件：
  • 行业标准的MPLABX开发和编程环境
  • 支持交替模式运行
  • 支持所有标准PD配置文件（15/27/45/60/100W）和自定义配置文件
  • 支持双角色端口 (DRP) 操作
  • 电力传输堆栈 (PDS) 支持定制的供电应用
• 提供6mm x 6mm 40-VQFN封装

双端口应用

纯源程序

‌MCP22301 USB Type-C™ PD 3.1控制器技术解析与应用指南‌

Microchip Technology的MCP22301是一款独立工作的USB Type-C™ Power Delivery (PD) 3.1控制器，专为符合USB Type-C™和USB PD 3.1规范的应用设计。本文将从核心特性、硬件设计、通信协议及典型应用场景等方面展开技术解析，并提供开发建议。

---

‌一、核心特性与架构‌

1. ‌关键功能‌

• ‌USB PD 3.1兼容性‌：支持源端（Source）、接收端（Sink）、双角色电源（DRP）及双角色数据（DRD）应用。
• ‌集成ARM Cortex-M0+内核‌：32位处理器（64 KB Flash，8 KB RAM），可运行自定义PD协议栈（PDS）。
• ‌多功率配置‌：支持15W、27W、45W、60W、100W标准功率协议，无需软件修改。
• ‌Type-C连接管理‌：自动检测电缆方向和连接状态，集成VCONN FET和Rp/Rd切换电路。
• ‌扩展能力‌：通过SPI接口支持多端口配置（如搭配MCP22350实现双端口控制）。

2. ‌硬件集成优势‌

• ‌降低BOM成本‌：集成模拟离散组件（如电流/电压检测、VCONN FET），减少外部元件需求。
• ‌工业级设计‌：工作温度范围-40°C至+85°C，适用于严苛环境。

---

‌二、硬件接口设计‌

1. ‌电源与引脚配置‌

• ‌电源管理‌：
  • ‌VCONN_IN‌：5V供电，用于激活电子标记电缆。
  • ‌VDD33_IO_IN‌：3.3V I/O电源，需连接2.2 µF电容以稳定输出。
  • ‌VDD12_CORE_OUT‌：1.2V核心电压输出，需1 µF去耦电容。
• ‌关键引脚‌：
  • ‌CC1/CC2‌：配置通道，用于连接检测和PD通信。
  • ‌VBUS_DET_IN‌：通过电阻分压网络监测VBUS电压（支持vSafe0V/vSafe5V阈值检测）。

2. ‌SPI通信接口‌

• ‌四线全双工‌（SPI_MOSI、SPI_MISO、SPI_CLK、SPI_SS），支持8 MHz时钟频率。
• ‌时序要求‌：SCK高/低电平宽度≥0.5*tSCK，数据建立时间需满足29 ns（主机模式）。

---

‌三、USB PD协议实现‌

1. ‌协议栈（PDS）功能‌

• ‌自动帧处理‌：包括CRC生成/校验、4B/5B编码、 preamble插入。
• ‌BIST测试支持‌：内置PRBS生成器与误码检测逻辑，用于链路质量验证。
• ‌错误恢复机制‌：支持自动重传（可编程重试次数）和冗余报文过滤。

2. ‌ 快速角色交换（FRS） ‌

• ‌应用场景‌：当主电源失效时，Sink端可快速切换为Source角色（响应时间<150 µs）。
• ‌硬件加速‌：通过高带宽CC比较器（12 MHz采样率）检测FRS信号。

---

‌四、典型应用方案‌

1. ‌单端口充电器设计‌

• ‌拓扑结构‌：MCP22301控制DC-DC转换器输出，通过GPIO调节电压/电流。
• ‌优化建议‌：省略负载开关以简化设计（允许VBUS保持大容量电容）。

2. ‌双端口扩展方案‌

• ‌SPI级联‌：主控MCP22301通过SPI连接MCP22350，实现动态功率分配（如60W+45W组合）。

3. ‌移动设备DRP应用‌

• ‌功能需求‌：同时支持充电（Sink）和外设供电（Source）。
• ‌关键电路‌：交叉开关（Cross-bar）处理USB3/DisplayPort数据路由。

---

‌五、开发注意事项‌

1. ‌固件编程‌：出厂空白器件需通过MPLABX环境烧录定制PD协议栈。
2. ‌热设计‌：40-VQFN封装热阻θJA=36.6°C/W，需确保PCB散热良好。
3. ‌死电池支持‌：MCP22301-2型号集成硬件Rd下拉，适用于无电状态连接检测。