TUSB8042A四端口USB 3.2 x1 Gen1集线器：特性、应用与设计要点

引言

在当今数字化时代，USB接口的应用无处不在，而USB集线器作为扩展USB端口数量的重要设备，其性能和功能对于提升设备的使用效率至关重要。TUSB8042A作为一款四端口USB 3.2 x1 Gen1集线器，具备多种强大特性和广泛的应用场景。本文将深入探讨TUSB8042A的相关信息，为电子工程师在设计和应用过程中提供有价值的参考。

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一、TUSB8042A概述

TUSB8042A是一款四端口兼容USB 3.2 x1 Gen1的集线器，可在上游端口提供同步超快速USB、高速或全速连接，在下游端口提供超快速USB、高速、全速或者低速连接。当上游端口连接到只支持特定连接类型的电气环境时，下游端口的相应连接会被禁用。该器件还支持电池充电应用，提供多种充电模式，并且可通过多种方式进行配置。

二、特性亮点

2.1 端口特性

• 四端口设计：提供四个USB 3.2 x1 Gen1（5Gbps）端口，满足多设备连接需求。
• USB 2.0集线器特性：具备多个事务转换器（MTT）集线器，每个事务转换器有两个异步端点缓冲器。

2.2 电池充电支持

• 多种充电模式：支持充电下游端口（CDP）、专用充电端口（DCP）模式，DCP模式符合中国电信行业标准YD/T 1591 - 2009。还支持分压器充电（ACP3、ACP2、ACP1模式）和Galaxy兼容充电。
• 自动切换：未连接上游端口且启用AUTOMODE时，端口会根据所连接的便携式器件自动从ACP模式转换到DCP模式。

2.3 电源管理

• 灵活控制：支持每端口或集中电源开关以及过流保护。可通过寄存器配置电源开关模式和极性。
• 过流保护：当检测到过流事件时，可关闭受影响的下行端口电源或所有下行端口电源。

2.4 配置方式

• OTP配置：允许通过一次性可编程非易失性内存（OTP）进行器件配置，可配置供应商ID、产品ID等多种特性。
• I2C/SMBus接口：支持通过I2C EEPROM或SMBus主机进行配置，可覆盖部分寄存器的默认值。

三、应用场景

3.1 分立式USB集线器产品

TUSB8042A可作为自供电的独立USB集线器产品，通过外部5V DC电源适配器供电。将其上游端口插入USB主机控制器，下游端口可连接USB硬盘、摄像头、闪存驱动器等设备，为笔记本电脑等设备扩展USB端口数量。

3.2 其他应用

适用于任何需要额外USB兼容端口的应用，如扩展坞、监控器、机顶盒等。

四、设计要点

4.1 电源设计

• 电源轨隔离：将$V{DD}$和$V{DD33}$实现为单个电源平面，通过铁氧体磁珠将电源轨与其他电源轨隔离，降低噪声。
• 电压调整：考虑铁氧体磁珠的DC电阻对器件电压的影响，可调整核心电压稳压器的输出或选择低DC电阻的铁氧体磁珠。
• 电容配置：所有电源轨需要10µF或1µF电容器实现稳定性和抗噪性，将较小的去耦电容器靠近TUSB8042A电源引脚放置。

4.2 布局设计

4.2.1 放置

• 电阻和电容：将连接到USB_R1引脚的9.53K ±1%电阻器、VDD和VDD33电源引脚上的0.1µF电容器靠近TUSB8042A放置。
• 保护器件：将ESD和EMI保护器件靠近USB连接器放置。
• 晶体：若使用晶体，将其靠近TUSB8042A XI和RBOOT引脚放置。
• 稳压器：将稳压器远离TUSB8042A、晶体和差分对放置。

4.2.2 封装规格

• 引脚间距：TUSB8042A封装的引脚间距为0.5mm。
• 散热焊盘：封装具有6.0mm× 6.0mm散热焊盘，必须通过一组过孔连接到接地平面。

4.2.3 差分对

• 阻抗控制：设计时采用90Ω ±10%的差分阻抗。
• 减少串扰：使高速信号彼此远离，每对应至少间隔信号布线宽度的5倍，通过接地分离减少串扰。
• 布线要求：将差分对布线到靠近实心接地平面的同一层，避免在平面分割上方布线，减少过孔使用，匹配差分对布线的蚀刻长度等。

五、寄存器映射

TUSB8042A具有丰富的寄存器，用于配置器件的各种特性，如配置寄存器、ROM签名寄存器、供应商ID寄存器、产品ID寄存器等。这些寄存器可通过字节边界访问，在不同模式下可进行不同的配置和操作。

六、总结

TUSB8042A作为一款功能强大的四端口USB 3.2 x1 Gen1集线器，在端口特性、电池充电支持、电源管理和配置方式等方面具有诸多亮点，适用于多种应用场景。在设计过程中，需要注意电源设计和布局设计等要点，以确保器件的性能和稳定性。电子工程师在使用TUSB8042A时，应充分了解其特性和寄存器映射，根据具体应用需求进行合理配置和设计。

你在实际应用TUSB8042A时，是否遇到过一些独特的问题或有一些特别的经验呢？欢迎在评论区分享交流。