深入剖析FUSB15200：双端口USB Type - C与PD控制器的卓越之选

在当今的电子设备领域，USB Type - C接口和Power Delivery（PD）技术已经成为了标配，它们为设备之间的连接和充电提供了高效、便捷的解决方案。onsemi的FUSB15200作为一款高度集成的双端口USB Type - C和PD控制器，专为Sink和DRP应用而优化，下面我们就来详细了解一下这款产品。

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产品概述

FUSB15200是一款高度集成的双端口USB Type - C和PD控制器，它通过优化的硬件外设和完整的开源嵌入式固件，为Sink和DRP应用提供了完整的解决方案。该产品能够最大限度地提高系统总功率预算，并且onsemi还提供了完整的开源嵌入式固件解决方案，系统设计人员可以通过易于使用的API轻松定制该固件，以满足其最终应用的特定需求。此外，FUSB15200还提供了完全符合USB PD3.1标准的解决方案，能够与市场上领先的移动和计算设备实现互操作性。

框图

产品特性

小尺寸双端口USB PD控制器

支持多种流行外设，包括USB PD 3.1和USB Type - C 2.1标准，拥有4个I2C主机/设备接口、双USB BC1.2消费者/提供者接口以及USB2.0隔离开关。

可编程和可升级的开源固件

提供API，方便客户进行特定设备策略管理器的开发。

集成LDO

可从VBUS供电，实现死电池功能。

高电压保护

CC和VBUS引脚具有28V DC的高电压保护能力。

丰富的GPIO和ADC

多达20个GPIO，以及10位ADC，可用于高性能系统测量。

其他特性

支持DisplayPort® HPD信号转换、快速角色交换，采用40引脚QFN封装（5mm x 5mm，0.4mm间距），并且是无铅器件。

技术细节

核心处理器

集成了ARM Cortex - M0 +处理器，具备嵌套向量中断控制器（NVIC）、唤醒中断控制器（WIC）和调试访问端口（DAP）。该处理器采用Thumb指令集，优化了代码大小和功耗，能够高效处理多个并行外设，并具有集成的睡眠模式。同时，通过ARM Serial Wire Debug Port增强了测试和调试能力。

电源管理单元

为FUSB15200的所有模块提供合适的电源。在VDD不存在（死电池情况）时，可从VBUS引脚供电；当VDD > VDD_DBAT时，PMU会自动将内部电源切换到VDD。此外，该单元还能防止系统在VDD电压低于可靠运行所需的最低电压时出现掉电情况。

复位源

具有多种复位源，包括内部上电复位（VDD_POR）、软件复位、看门狗定时器复位和外部引脚复位，确保设备在各种情况下都能稳定复位。

电源和睡眠行为

通过利用外设中断和硬件自主性，优化了功耗。可通过固件配置进入低功耗状态，禁用不需要的外设，并根据不同应用需求调整时钟频率。Type - C模块在最低功耗状态下也能正常工作，并在检测到Type - C连接时自动唤醒。

时钟源

采用双振荡器架构，一个24MHz内部RC振荡器用于实现完整功能，一个120kHz内部RC振荡器用于超低功耗睡眠模式。

定时器

包括两个32位通用定时器（TIM0/1）、一个32位唤醒定时器（WUT）和一个32位看门狗定时器（WDT），分别用于产生中断请求信号、促进从低功耗模式的定时退出以及在软件故障时对系统进行复位。

串行线调试接口

ARM M0 +实现包括一个调试访问端口（DAP），具有4个硬件断点和2个硬件观察点。调试访问端口接口为ARM Serial Wire Debug Port（SW - DAP），通过SWCLK和SWDIO引脚连接，使用单双向数据连接。

USB Type - C和PD外设

由模拟前端和数字状态机组成，固件实现高层协议和策略层，模拟和数字组件执行低层PD协议和PHY层功能。Type - C模块包括源/汇/DRP操作所需的所有终端和比较器，可进行插头方向检测、电源能力通告和电源角色检测。

VCONN开关

可根据VCONN电平提供1.5W或更多的功率，以满足一些需要额外功能的应用需求。

USB PD PHY状态机逻辑

包括序列化和反序列化、时钟和数据恢复（CDR）、4B5B编码、BMC编码、数据包CRC生成和检查、功率传输K代码的编码和检测以及自动GoodCRC数据包响应等数字功能，以实现USB PD消息传递。

VBUS放电

能够通过可选的下拉电阻对VBUS进行放电。在整个工作范围内，可从VBUS放电高达100F。不过，在使用内部放电功能时，需要隔离任何大的大容量电容，以防止内部温度过高。

快速角色交换

在外部电源断开时，可快速交换端口伙伴之间的源和汇角色。FUSB15200具有专用的I/O（SRC_SNK_x和SNK），在编程检测或传输快速角色交换信号时可自动切换。

内部保护

集成了多种系统级保护功能，包括VCONN过流保护、CC过压保护和内部过温保护，确保设备在各种异常情况下的安全性和可靠性。

引脚和端口配置

引脚描述

详细说明了每个引脚的名称、所属端口和功能，包括电源引脚、模拟引脚、I2C引脚、GPIO引脚等。例如，VBUS A引脚用于监测和放电Port A的VBUS，HVCC2A引脚是Port A的高电压配置通道2等。

端口配置

包括端口映射、电源域和默认配置。部分引脚可配置为标准GPIO或用于特定外设，如I2C。同时，FUSB15200提供了选择四个GPIO之一作为外部不可屏蔽中断源的方法。

电气特性

绝对最大额定值

规定了各个引脚的电压、温度等参数的最大允许值，超过这些值可能会损坏设备。例如，VBUS引脚电压范围为 - 0.3V至28V，结温范围为 - 40°C至150°C等。

推荐ESD设备

对于Type - C连接器引脚的ESD保护，推荐使用onsemi的相关产品（具体型号待定）。

工作额定值

给出了各个参数在正常工作时的推荐范围，如VCONN电源电压范围为3.0V至5.5V，VDD电源电压范围为3.0V至5.5V等。

其他电气特性

包括USB PD PHY发射器和接收器的各项参数、Type - C前端的电流和电阻参数、VBUS放电电阻、电流消耗、PMU的各项阈值、时钟频率、外部温度保护和测量参数、BC1.2支持的相关参数、开关路径参数、HPD I/O参数、串行线调试接口参数、复位参数、GPIO参数和I2C I/O参数等。

典型应用

适用于各种Sink和DRP设备，如笔记本电脑、扩展坞等。在这些应用中，FUSB15200能够提供高效、稳定的USB Type - C和PD功能，满足设备的充电和数据传输需求。

总结

FUSB15200是一款功能强大、性能卓越的双端口USB Type - C和PD控制器，它在硬件设计、固件开发、电源管理、保护机制等方面都具有出色的表现。无论是对于电子工程师进行产品设计，还是对于终端用户使用相关设备，FUSB15200都能提供可靠的解决方案。在实际应用中，我们需要根据具体的需求和场景，合理配置和使用该控制器，以充分发挥其优势。大家在使用过程中有没有遇到过类似控制器的一些特殊问题呢？欢迎在评论区分享交流。