TMUXHS4446：USB - C 10Gbps 交替模式交叉开关多路复用器的深度解析

在当今高速数据传输的时代，USB - C 接口凭借其强大的功能和广泛的应用，成为了电子设备连接的主流选择。而 TMUXHS4446 作为一款专门为 USB - C 交替模式应用设计的高速双向无源交叉点开关，在 USB 和 DisplayPort 信号切换领域发挥着重要作用。本文将对 TMUXHS4446 进行全面解析，探讨其特性、应用及设计要点。

文件下载：tmuxhs4446.pdf

特性亮点

高速信号切换能力

TMUXHS4446 支持 USB 3.2 第 2 代（超高速）和 DisplayPort 1.4/2.1（高达 10Gbps UHBR10）信号的切换，能够在不同高速信号之间实现快速、稳定的转换。其 - 3dB 差分带宽达到 9.5GHz，在 5GHz 时插入损耗为 - 1.6dB，回波损耗为 - 18dB，这些出色的动态特性使得信号眼图具有最小的衰减，并且几乎不会增加抖动，确保了高速信号的高质量传输。

宽共模电压支持

该器件支持 0V 至 1.8V 的共模电压（CMV）范围，自适应 CMV 跟踪可确保通过器件的通道在整个共模电压范围内保持不变。这使得它能够适应不同的信号环境，提高了信号传输的稳定性和可靠性。

灵活的控制方式

TMUXHS4446 可通过 GPIO 引脚或 $I^{2}C$ 进行配置，同时支持 1.8V 和 3.3V $I^{2}C$ 逻辑电平。这种灵活的控制方式使得它能够与各种 USB 电源传输（PD）控制器兼容，方便工程师根据不同的应用场景进行配置。

低功耗设计

单电源电压 VCC 为 3.3V，工作功耗仅为 340μA，低待机功耗为 0.5μA（引脚模式）。这种低功耗设计不仅降低了设备的能耗，还减少了散热问题，提高了设备的整体稳定性。

宽温度范围

具有工业级工作温度范围 - 40°C 至 105°C，能够在恶劣的环境条件下正常工作，适用于各种工业和高可靠性应用场景。

引脚配置与功能

TMUXHS4446 的引脚配置丰富多样，涵盖了高速信号引脚、低速信号引脚和控制引脚。高速信号引脚包括 USB 和 DisplayPort 的差分信号引脚，用于传输高速数据；低速信号引脚用于传输 DisplayPort 辅助通道的 SBU 信号；控制引脚则用于选择控制模式和配置开关状态。通过不同的引脚组合和配置，可以实现多种信号切换模式，满足不同的应用需求。

应用场景

USB - C 源端应用

在 USB - C 源端应用中，如 DP 源/USB 主机，TMUXHS4446 可根据 USB PD 控制器的指令，在 USB 和 DisplayPort 信号之间进行切换。例如，当连接到支持 DisplayPort 协议的显示器时，将信号切换到 DisplayPort 模式，实现高清视频传输；当连接到 USB 设备时，切换到 USB 模式，进行数据传输。

USB - C 接收端应用

在 DP 接收器/USB 设备/扩展坞等应用中，TMUXHS4446 同样发挥着重要作用。它能够根据设备的需求，灵活切换信号通道，确保设备能够正常接收和处理不同类型的信号。

设计要点

电源供应

TMUXHS4446 不需要特定的电源供应顺序，但建议在设备电源 $V_{CC}$ 稳定且符合规格后再对其进行供电。同时，应在设备 VCC 引脚附近放置足够的去耦电容，以减少电源噪声对器件性能的影响。

AC 耦合电容放置

在 USB - C 与 DP 交替模式的设计中，AC 耦合电容的放置至关重要。当 Vcm ≤ 1.8V 时，AC 耦合电容通常只用于源端和接收端的 TX 引脚；当 Vcm > 1.8V 时，建议在 RX 引脚也使用额外的 AC 耦合电容，以确保信号的正常传输。

布局设计

在高 K 电路板上，建议将 PowerPAD™ 集成电路封装焊接到热焊盘上，以提高散热性能。同时，应遵循高速布局指南，确保信号传输的稳定性。在低 K 电路板上，使用 1 - oz Cu 走线将 GND 引脚连接到热焊盘，以保证设备在不同温度范围内正常工作。

总结

TMUXHS4446 作为一款高性能的 USB - C 交替模式交叉开关多路复用器，凭借其高速信号切换能力、宽共模电压支持、灵活的控制方式、低功耗设计和宽温度范围等特性，为 USB - C 生态系统中的信号切换提供了可靠的解决方案。在实际设计中，工程师需要根据具体的应用场景，合理配置引脚、优化电源供应和布局设计，以充分发挥该器件的性能优势。你在使用类似器件时遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。