TUSB1146：USB Type - C Alt Mode红驱动开关的卓越之选

在当今高速数据传输的时代，USB Type - C接口凭借其强大的功能和广泛的应用，成为了电子设备中不可或缺的一部分。而德州仪器（TI）推出的TUSB1146，作为一款VESA USB Type - C Alt Mode红驱动开关，在支持高速数据传输方面表现卓越。今天，我们就来深入了解一下这款器件。

文件下载：tusb1146.pdf

一、TUSB1146概述

TUSB1146支持USB 3.2数据速率高达10 Gbps，以及DisplayPort 2.0高达10 Gbps（UHBR10）的数据传输，适用于下游端口（主机）。它采用了第五代USB红驱动技术，并在其DFP接收器上配备了创新的自适应均衡功能，可用于VESA DisplayPort Alt Mode on USB Type - C标准中的DFP配置C、D和E。

该器件提供了多个级别的接收均衡，以补偿USB 3.1 Gen1/Gen2或DisplayPort 2.0信号在PCB或电缆中传输时因符号间干扰（ISI）而导致的电缆和电路板走线损耗。它仅需3.3 - V电源供电，有商业温度范围和工业温度范围两种选择。

二、关键特性剖析

2.1 USB 3.1支持

TUSB1146支持USB 3.1 Gen1/Gen2数据速率高达10 Gbps，以及所有USB定义的电源状态（U0、U1、U2和U3）。由于它是线性红驱动器，无法解码USB3.1物理层流量，因此通过监测接收器终端、电气空闲、LFPS和SuperSpeed信令速率等实际物理层条件来确定USB 3.1接口的电源状态。

其智能低频周期性信令（LFPS）检测器可自动检测低频信号，并在接收LFPS时禁用接收器均衡功能；当未接收LFPS时，根据EQ[1:0]和SSEQ[1:0]引脚或编程到EQ1_SEL、EQ2_SEL和SSEQ_SEL寄存器中的值启用接收器均衡。

2.2 DisplayPort支持

TUSB1146支持多达4个DisplayPort通道，数据速率高达10 Gbps（UHBR10）。在DisplayPort模式下，它会监控DisplayPort源和DisplayPort接收器之间的原生AUX流量，并根据AUX事务的内容管理活动DisplayPort通道的数量，以降低功耗。

例如，它会监听对DisplayPort接收器的DPCD寄存器0x00101（LANE_COUNT_SET）和0x00600（SET_POWER_STATE）的原生AUX写入操作，并根据写入的值禁用或启用通道。默认情况下，DisplayPort AUX监听功能是启用的，但可以通过更改AUX_SNOOP_DISABLE寄存器来禁用。

2.3 4 - 级输入

TUSB1146具有4 - 级输入引脚（I2C_EN、EQ[1:0]、DPEQ[1:0]和SSEQ[1:0]），用于控制均衡增益并使器件进入不同的操作模式。这些4 - 级输入利用电阻分压器来设置4个有效电平，并提供更广泛的控制设置范围。内部上拉和下拉电阻与外部电阻连接相结合，以实现所需的电压电平。

2.4 接收器线性均衡

接收器均衡的目的是补偿TUSB1146输入之前系统中的通道插入损耗和符号间干扰。它通过相对于高频分量衰减信号的低频分量来克服这些损耗。USB3.1上游路径、USB3.1下游路径和DisplayPort各自都有两个4 - 级输入引脚，可实现多达16种可能的均衡设置。此外，还可以通过I2C寄存器灵活调整设置。

TUSB1146为USB - C下游端口接收器（RX1和RX2）实现了三种不同的均衡器功能：固定EQ、快速自适应EQ（Fast AEQ）和全自适应EQ（Full AEQ）。默认操作模式为固定EQ，而快速AEQ可区分短通道和长通道，全AEQ则能自动确定最佳均衡设置，不过全AEQ功能默认是禁用的，可通过寄存器启用。

三、器件功能模式

3.1 GPIO模式配置

当I2C_EN = “0” 或I2C_EN = "F" 且!(EQ0 = "0" 和EQ1 = "0") 时，TUSB1146处于GPIO配置。它支持以下配置：仅USB 3.1、2个DisplayPort通道 + USB 3.1或4个DisplayPort通道（无USB 3.1）。CTL1引脚控制DisplayPort是否启用，CTL1和CTL0的组合可选择不同的配置。

3.2 I2C模式配置

当I2C_EN不等于 "0" 或I2C_EN = "F" 且EQ0 = "0" 和EQ1 = "0" 时，TUSB1146处于I2C模式。在该模式下，同样支持与GPIO模式相同的配置，通过寄存器CTLSEL1、CTLSELO和FLIPSEL进行控制。

3.3 DisplayPort模式

TUSB1146支持多达四个DisplayPort通道，数据速率高达10 Gbps（UHBR10）。可通过GPIO控制或I²C寄存器控制来启用DisplayPort功能。

3.4 线性EQ配置

每个TUSB1146接收器通道都有独立的接收器均衡控制。在GPIO模式下，可通过引脚设置确定增益值；在I2C模式下，可通过更新寄存器DP0EQ_SEL、DP1EQ_SEL、DP2EQ_SEL、DP3EQ_SEL、EQ1_SEL、EQ2_SEL和SSEQ_SEL来实现相同的功能。

3.5 VOD模式

TUSB1146提供两种VOD（电压输出差分）控制模式：线性VOD和有限VOD。默认情况下为线性VOD模式，可通过I2C寄存器切换到有限VOD模式。线性VOD模式下，输出VOD是输入VID的线性函数；有限VOD模式用于设置实际的VOD电平，仅在上游方向（RX1 -> SSRX和RX2 -> SSRX）支持。

3.6 发射均衡

在有限红驱动模式下，TUSB1146提供SSRX发射器预加重和去加重控制。它提供四个预加重级别和四个去加重级别，可通过修改I2C寄存器进行更改。

3.7 USB3.1模式

TUSB1146通过监测物理层条件来确定USB3.1接口的状态，当USB 3.1启用时，可处于四种主要操作模式之一：断开连接、U2/U3、U1和U0。不同模式下，器件的功耗和功能有所不同，例如断开连接模式是最低功耗模式，而U0模式是最高功耗模式。

3.8 下游端口自适应均衡

TUSB1146为USB - C下游端口接收器（RX1和RX2）实现了自适应均衡器（AEQ）功能，旨在确定最佳EQ值以最小化输出抖动。提供快速AEQ和全AEQ两种模式，可通过寄存器选择，默认情况下AEQ功能是禁用的。

四、编程与配置

4.1 模式转换

TUSB1146允许在任何模式之间进行转换，如从仅USB模式转换到4DP模式等。在进入或退出备用模式之前，建议先进入禁用状态（CTLSEL = 2'b00或(CTL0引脚 = 0且CTL1引脚 = 0)），以符合USB - C标准。

4.2 伪代码示例

文档中提供了不同模式下的伪代码示例，如快速AEQ与线性红驱动模式、快速AEQ与有限红驱动模式、全AEQ与线性红驱动模式以及全AEQ与有限红驱动模式等，方便工程师进行开发和配置。

4.3 I2C地址选项

TUSB1146可通过I2C进行控制，SCL和SDA引脚分别用于I2C时钟和I2C数据。其I2C目标地址根据DPEQ0/A1引脚和SSEQ0/A0引脚的电平确定。

4.4 I2C从机行为

文档详细介绍了向TUSB1146 I2C寄存器写入数据、读取数据（无重复启动和有重复启动）以及设置读取起始子地址的操作步骤和流程。

五、应用与实现

5.1 应用信息

TUSB1146是一款线性红驱动器，专门用于补偿信号通过PCB走线和电缆等无源介质时因衰减而引起的符号间干扰（ISI）抖动。将其放置在USB3.1主机/DisplayPort 2.0 GPU和USB3.1 Type - C插座之间，可纠正信号完整性问题，使系统更加稳定可靠。

5.2 典型应用

文档给出了一个典型应用示例，包括设计要求和详细设计步骤。设计要求涉及PCB走线长度、AC电容器距离、ESD组件距离等参数。在详细设计步骤中，分别介绍了USB和DP上游端口、USB下游端口的配置方法，包括固定均衡、快速自适应均衡和全自适应均衡的设置建议。

5.3 系统示例

展示了三种系统示例：仅USB 3.1、USB 3.1和2个DisplayPort通道以及仅DisplayPort，分别说明了不同模式下的引脚配置和工作情况。

六、电源供应与布局建议

6.1 电源供应建议

TUSB1146设计为使用3.3 - V电源供电，不应超过绝对最大额定值表中列出的电压水平。如果使用更高电压的系统电源，可使用电压调节器将电压降至3.3 V。同时，应使用去耦电容器来降低噪声并提高电源供应的完整性，每个电源引脚建议使用0.1 - µF的电容器。

6.2 布局指南

文档提供了详细的布局指南，包括差分对的阻抗控制、长度匹配、避免与其他高速信号干扰、减少弯曲和过孔数量等方面的建议，以确保信号的稳定性和减少电磁干扰。

七、总结

TUSB1146作为一款功能强大的USB Type - C Alt Mode红驱动开关，在高速数据传输和信号处理方面具有诸多优势。其丰富的功能和灵活的配置选项，使其能够满足不同应用场景的需求。然而，在实际应用中，工程师需要根据具体的设计要求和系统环境，合理选择配置参数和布局方式，以充分发挥其性能优势。同时，要注意遵循文档中提供的电源供应和布局建议，确保器件的正常工作和系统的稳定性。你在使用TUSB1146的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。