TUSB320HI/LI：USB Type-C配置通道逻辑和端口控制的理想之选

在当今的电子设备中，USB Type-C接口凭借其小巧、可逆以及强大的传输和供电能力，成为了主流的连接方式。为了实现USB Type-C端口所需的配置通道（CC）逻辑，德州仪器（TI）推出了TUSB320HI和TUSB320LI器件。今天，我们就来详细探讨一下这两款器件的特性、应用以及设计要点。

文件下载：tusb320hi.pdf

一、器件概述

TUSB320HI和TUSB320LI器件（以下统称TUSB320）可在USB Type-C端口上实现Type-C生态系统所需的配置通道（CC）逻辑。它们使用CC引脚来确定端口的连接状态和电缆方向，以及进行角色检测和Type-C电流模式控制。该器件可配置为下行端口（DFP）、上行端口（UFP）或双角色端口（DRP），适用于各种主机、设备和双角色端口应用，如移动电话、平板电脑、笔记本电脑和USB外设等。

二、特性亮点

2.1 兼容性与电流支持

• 规范兼容：兼容USB Type-C™规范1.1，并向后兼容USB Type-C规范1.0，确保了与不同版本设备的互操作性。
• 电流通告和检测：支持高达3A的电流通告和检测，可配置为仅主机 - 下行端口（DFP）、仅设备 – 上行端口（UFP）或双角色端口（DRP），并支持Try.SRC和Try.SNK功能。

2.2 通道配置与检测功能

• CC通道逻辑：通过CC引脚实现USB端口连接检测、电缆方向检测、角色检测以及Type-C电流模式（默认、中等和高）控制。
• VBUS检测：可检测VBUS电压，用于确定UFP的连接状态。

2.3 控制方式与电源特性

• I2C或GPIO控制：支持I2C或GPIO控制方式，可通过I2C实现角色配置控制。
• 宽电源范围与低功耗：电源电压范围为2.7V至5V，具有低电流消耗特性，适用于工业温度范围（–40°C至85°C）。

三、端口角色配置

TUSB320器件可以通过PORT引脚配置为DFP、UFP或DRP模式，为不同应用场景提供了灵活的选择。

3.1 下游端口（DFP）

将PORT引脚拉高可将器件配置为DFP模式。在该模式下，器件会在CC引脚上呈现Rps，并默认通告USB Type-C的默认电流。若需要更高的电流，可以通过I2C寄存器进行调整。不过，需要注意的是，TUSB320作为Type-C 1.1的DFP，无法与Type-C 1.0的DRP设备连接，这是由于向后兼容性问题导致的。

3.2 上游端口（UFP）

将PORT引脚拉低可将器件配置为UFP模式。在UFP模式下，器件会在CC引脚上呈现下拉电阻（Rd），并监测CC引脚的电压以确定连接的DFP所通告的电流模式。当检测到有效连接后，器件会通过OUT1和OUT2 GPIOs或I2C CURRENT_MODE_DETECT寄存器将检测到的电流模式信息传递给系统。

3.3 双角色端口（DRP）

将PORT引脚浮空可将器件配置为DRP模式。在DRP模式下，器件会在DFP和UFP模式之间切换。此外，TUSB320还支持Try.SRC和Try.SNK功能，可通过I2C寄存器进行配置，使DRP设备在连接时能够优先选择所需的角色。

四、Type-C电流模式

当完成有效的电缆检测和连接后，DFP可以选择通告UFP能够吸收的Type-C电流水平。TUSB320器件的默认电流通告为USB2.0最大500 mA或USB3.1最大900 mA。如果需要更高的电流，可以通过I2C寄存器配置为1.5A的中等电流或3A的高电流。需要注意的是，当通告3A电流时，系统设计人员必须确保TUSB320器件的$V_{DD}$电压为3.5V或更高。

五、应用与设计

5.1 典型应用示例

TUSB320器件在不同的端口模式下都有典型的应用设计，以下以DRP模式为例进行介绍。

5.1.1 设计要求

• 电源电压：$V_{DD}$范围为2.75V至5V，可使用VBAT供电。
• 通信模式：采用I2C模式，ADDR引脚需拉高或拉低，本示例中ADDR引脚接地，I2C地址为0x47。
• 端口类型：PORT引脚浮空，器件配置为DRP模式。
• 关机支持：本设计不支持关机功能。

5.1.2 详细设计步骤

• 电源连接：将VBAT连接到VDD引脚，并在VDD引脚附近放置一个100-nF的电容，以稳定电源。
• I2C配置：将ADDR引脚接地，使器件进入I2C模式。SDA和SCL引脚需上拉至1.8V或3.3V，当使用3.3V上拉时，$V_{DD}$电源必须至少为3V，以防止I2C接口反向供电。
• 使能引脚处理：TUSB320L的EN_N引脚接地，TUSB320H的EN引脚接1.8V或3.3V，以确保器件正常工作。
• 信号引脚连接：INTN/OUT3和ID引脚为开漏输出，需通过200-kΩ的上拉电阻连接到$V{DD}$。VBUSDET引脚通过900-kΩ的电阻连接到$V{BUS}$，以保护器件免受高电压的影响。
• 电容配置：根据USB2规范，不同端口模式对$V_{BUS}$的电容有不同要求。在DRP模式下，器件会在UFP和DFP模式之间切换，因此需要根据实际连接情况调整电容值。

5.2 布局指南

• 走线长度控制：在连接多个点时，要注意控制走线的长度，避免产生过长的Stub。例如，Type-C插座上DP和DM引脚的Stub长度不应超过3.5mm。
• 电容放置：在TUSB320的$V_{DD}$引脚附近应尽可能靠近放置一个100-nF的电容，以提供稳定的电源滤波。

六、总结

TUSB320HI和TUSB320LI器件凭借其丰富的特性和灵活的配置选项，为USB Type-C端口的设计提供了强大的支持。无论是在兼容性、电流控制还是应用灵活性方面，都表现出色。在实际设计中，我们需要根据具体的应用需求，合理配置器件的端口角色、电流模式和控制方式，并遵循布局指南，以确保设计的稳定性和可靠性。希望本文能为电子工程师们在USB Type-C设计方面提供一些有价值的参考。

大家在使用TUSB320器件的过程中，有没有遇到过什么有趣的问题或者独特的设计思路呢？欢迎在评论区分享交流。