汽车级 USB 高速信号调节器 TUSB216-Q1 的技术解析与应用指南

在当今的电子设备中，USB 接口的应用极为广泛，而高速稳定的信号传输对于设备的性能至关重要。TUSB216-Q1 作为一款汽车级 USB 高速信号调节器，为解决 USB 高速信号传输中的问题提供了有效的解决方案。本文将深入解析 TUSB216-Q1 的特性、应用及相关设计要点。

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特性亮点

高兼容性与稳定性

TUSB216-Q1 符合面向汽车应用的 AEC-Q100 标准，器件温度等级 2 为 -40°C 至 105°C，具有 2.3V 至 6.5V 的宽电源电压范围，超低 USB 断开和关断功耗，确保了在复杂汽车环境下的稳定运行。它与 USB 2.0、OTG 2.0 和 BC 1.2 兼容，支持低速、全速和高速信号传输，集成了 BC 1.2 CDP 电池充电控制器，且主机或器件无关，为系统设计提供了极大的便利。

信号调节与补偿

该器件采用专利设计，通过边缘加速器加速 USB 2.0 高速信号的传输边缘，并通过直流升压功能提高静态电平。它还具有预均衡功能，可提高接收器的灵敏度并补偿较长线缆应用中的码间串扰（ISI）抖动，支持长达 5m 的电缆，通过外部下拉电阻器值可实现四种可选的信号增强设置，通过上拉或下拉可实现三种可选的 RX 灵敏度设置，以补偿高损耗应用中的 ISI 抖动，支持长达 10m 的电缆和两台 TUSB216-Q1 器件的可扩展解决方案，器件可通过菊花链连接用于高损耗应用。

应用场景

汽车电子系统

在汽车信息娱乐系统与仪表组、汽车音响主机等应用中，TUSB216-Q1 可帮助系统通过 USB 2.0 高速近端眼图合规性测试，确保 USB 高速信号的稳定传输，为用户提供更好的多媒体体验。

有源电缆与扩展器

对于需要长距离传输 USB 信号的有源电缆和电缆扩展器，TUSB216-Q1 能够有效补偿信号损失，保证信号质量，支持设备的正常通信。

器件比较

与 TUSB211A、TUSB212、TUSB214 和 TUSB217A 相比，TUSB216-Q1 在电源范围、信号增强和 RX 灵敏度设置等方面具有独特的优势。它的电源范围为 2.3V 至 6.5V，与 TUSB211A 和 TUSB217A 相同，且具有与 AC 升压串联的 DC 升压功能，以及 3 级 RX 预均衡功能，可更好地适应不同的应用场景。

引脚配置与功能

TUSB216-Q1 的引脚功能丰富，不同引脚具有不同的作用。例如，BOOST 引脚可通过外部下拉电阻选择 USB 高速升压级别，在非 I2C 模式下，边缘升压和直流升压由单个引脚控制，在 I2C 模式下可单独控制；CDP_ENZ 引脚可设置为低电平以启用 BC 1.2 CDP 控制器。

规格参数

绝对最大额定值

了解器件的绝对最大额定值对于正确使用器件至关重要。TUSB216-Q1 的电源电压范围为 -0.3V 至 7V，USB 数据电压范围为 -0.3V 至 5.5V 等，超出这些范围可能会导致器件永久损坏。

ESD 评级

该器件的人体模型（HBM）静电放电评级为 +2000V，带电设备模型（CDM）评级为 ±750V，具有一定的抗静电能力，但在使用过程中仍需注意静电防护。

推荐工作条件

为确保器件的正常工作和性能，推荐的工作条件包括电源电压 2.3V 至 6.5V、工作温度 -40°C 至 105°C 等，在设计时应严格遵循这些条件。

电气特性

TUSB216-Q1 的电气特性涵盖了各种工作模式下的电流、电压和电容等参数。例如，在高速活动模式下，其电流为 22 至 36mA；在关机模式下，功耗为 60 至 115µA。

开关特性和时序要求

开关特性和时序要求对于保证信号的准确传输至关重要。TUSB216-Q1 的 USB 信号位速率为 480Mbps，上升/下降时间为 100ps 等，同时对电源上电时序、I2C 时序等也有明确的要求。

详细描述

功能概述

TUSB216-Q1 旨在补偿传输通道中的 ISI 信号损失，对 USB 低速和全速信号的特性无影响，仅对高速信号进行补偿。它通过外部电阻实现可编程信号增益，可微调设备性能以优化信号，还可通过外部上拉和下拉电阻调整 RX 灵敏度，以克服电缆中的衰减。

功能框图和特性描述

其功能框图展示了各个模块的组成和连接方式。高速升压功能通过边缘升压和直流升压的组合，提高了 USB2.0 高速信号的眼宽，且与 OTG 系统兼容；RX 灵敏度可通过 RX_SEN 引脚进行设置，以适应不同的系统通道损失。

设备功能模式

TUSB216-Q1 具有多种功能模式，包括低速（LS）模式、全速（FS）模式、高速（HS）模式、高速下游端口电气合规测试模式、关机模式和 I2C 模式等。在不同模式下，器件的信号补偿和引脚状态有所不同。

寄存器配置

TUSB216-Q1 支持通过 I2C 进行设备配置、状态读取和测试，可访问多个寄存器，如 EDGE_BOOST 寄存器、CONFIGURATION 寄存器、DC_BOOST 寄存器和 RX_SEN 寄存器等，通过对这些寄存器的配置可实现不同的功能。

应用与实现

应用信息和典型应用

TUSB216-Q1 的主要目的是恢复 USB 高速通道至 USB 连接器的信号完整性，可帮助系统通过 USB 近端眼图测试。典型应用中，D2P 和 D2M 面向 USB 连接器，D1P 和 D1M 面向 USB 主机，其方向可根据需求进行调整。

设计要求和详细设计程序

设计时，TUSB216-Q1 需要有效的复位信号，应根据系统的损耗情况选择合适的 BOOST 和 RX 灵敏度设置。理想的 BOOST 设置取决于目标平台的信号链损耗特性，建议从 BOOST 级别 0 开始逐步调整；RX 灵敏度设置也应根据实际情况进行调整，且为了使器件识别 BOOST 设置的变化，需要对 RSTN 引脚进行切换。

测试程序和应用曲线

在构建 USB 高速眼图时，需要遵循特定的测试程序，使用 USB-IF 开发的测试夹具和 SMA 电缆。应用曲线展示了不同电缆长度和 BOOST、RX 灵敏度设置下的信号传输情况，为设计提供了参考。

电源供应建议和布局指南

电源上电时，RSTN 引脚和电源斜坡的相互作用可能导致数字电路设置不正确，因此在电源斜坡稳定到最小推荐电源电压或更高之前，不应启用器件。布局时，建议保持 90Ω 差分路由，以实现最佳的阻抗控制。

设备和文档支持

文档更新通知和支持资源

用户可通过导航至 ti.com 上的器件产品文件夹，点击通知进行注册，以接收文档更新通知。TI E2E™ 中文支持论坛为工程师提供了重要的参考资料，可直接从专家处获得快速、经过验证的解答和设计帮助。

静电放电警告和术语表

静电放电（ESD）会损坏集成电路，使用时应采取适当的预防措施。TI 术语表列出并解释了相关术语、首字母缩略词和定义，帮助用户更好地理解文档内容。

总结

TUSB216-Q1 作为一款高性能的汽车级 USB 高速信号调节器，具有丰富的特性和功能，可广泛应用于汽车电子和其他需要长距离 USB 信号传输的领域。在设计过程中，工程师应充分了解其规格参数、引脚功能和应用要求，合理选择设置，以确保系统的稳定运行和信号质量。同时，要注意遵循相关的测试程序和布局指南，避免静电放电等问题对器件造成损坏。你在使用 TUSB216-Q1 过程中遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。