TUSB1105与TUSB1106：高级通用串行总线收发器深度解析

在当今的电子设备中，通用串行总线（USB）已经成为了数据传输和设备连接的标准接口。TUSB1105和TUSB1106作为高级通用串行总线收发器，在USB通信领域发挥着重要作用。今天，我们就来深入了解一下这两款收发器。

文件下载：tusb1105.pdf

一、产品概述

TUSB1105和TUSB1106是德州仪器（TI）推出的符合USB 2.0规范的收发器。它们能够以全速（12 Mbit/s）和低速（1.5 Mbit/s）的数据速率进行串行数据的收发，既可以作为USB设备收发器，也可以作为USB主机收发器使用。这两款器件适用于多种便携式电子设备，如手机、个人数字助理（PDA）、信息家电（IA）和数码相机（DSC）等。

二、产品特性

2.1 兼容性与数据速率

• 兼容USB规范Rev. 2.0，确保了与各种USB设备的良好兼容性。
• 支持全速和低速两种数据速率，能够满足不同应用场景的需求。

2.2 电源管理

• 集成了可旁路的5 - V至3.3 - V电压调节器，可通过USB的$V_{BUS}$直接供电。
• 具备$V{BUS}$断开指示功能，通过$V{P}$和$V_{M}$引脚实现。

2.3 输入输出模式

• TUSB1105支持单端和差分输入模式，可通过MODE输入进行选择。
• TUSB1106仅支持差分输入模式。

2.4 稳定性与低功耗

• 在SE0条件下，RCV输出稳定。
• 采用低功耗设计，非常适合便携式设备。

2.5 ESD保护

• 符合IEC - 61000 - 4 - 2 ESD标准，具有良好的静电放电保护能力。其中，D +、D -、$V_{CC(5.0)}$引脚的接触放电模型为±9 kV，人体模型为±15 kV。

2.6 封装形式

• TUSB1105采用四方扁平无引脚（QFN）封装。
• TUSB1106提供QFN和薄型收缩小外形封装（TSSOP）两种封装形式。

三、引脚功能

这两款收发器的引脚功能丰富且复杂，下面为大家详细介绍一些关键引脚：

3.1 输出使能（OE）

输出使能引脚，CMOS电平，低电平有效。当OE为低电平时，使能收发器在USB总线上传输数据。

3.2 差分数据接收器（RCV）

差分数据接收器，CMOS电平。当输入SUSPND为高电平时，RCV输出被拉低。在SE0条件下，RCV的输出状态保持稳定。

3.3 单端接收器（$V{P}$、$V{M}$）

$V{P}$为单端D + 接收器，$V{M}$为单端D - 接收器，CMOS电平。用于外部检测单端零（SE0）、错误条件以及连接设备的速度。当$V{CC(5.0)}$和$V{reg(3.3)}$没有连接电源时，$V{P}$和$V{M}$被拉高。

3.4 暂停（SUSPND）

暂停引脚，CMOS电平。高电平使能低功耗状态，同时将输出RCV拉低。

3.5 模式（MODE）

模式引脚，CMOS电平。仅TUSB1105有此引脚，高电平使能差分输入模式（$V{P0}$，$V{M0}$），低电平使能单端输入模式（$V{0}$，$F{SEO}$）。

3.6 速度选择（SPEED）

速度选择引脚，CMOS电平。低电平选择低速模式（1.5 Mbit/s），高电平选择全速模式（12 Mbit/s）。

3.7 USB数据总线连接（D +、D -）

D + 和D - 分别为正、负USB数据总线连接引脚，模拟差分信号。在低速模式下，D - 通过1.5 kΩ电阻连接到$V{pu(3.3)}$；在全速模式下，D + 通过1.5 kΩ电阻连接到$V{pu(3.3)}$。

四、功能描述

4.1 功能选择

TUSB1105和TUSB1106的功能选择通过SUSPND和OE引脚的不同组合来实现，具体如下表所示：	SUSPND	OE	D +,D -	RCV	$V{P}$, $V{M}$	功能
L	L	驱动和接收	有效	有效	正常驱动（差分接收器有效）
L	H	接收	有效	有效	接收
H	L	驱动	无效	有效	暂停期间驱动（差分接收器无效）
H	H	高阻态	无效	有效	低功耗状态

4.2 驱动功能

根据输入数据接口的不同，驱动功能也有所不同。

• 单端输入数据接口（TUSB1105，MODE = L）：当$overline{OE}$ = L时，根据FSEO和VO的不同组合，输出不同的差分数据状态。
• 差分输入数据接口（TUSB1105，MODE = H；TUSB1106）：当$overline{OE}$ = L时，根据$V{M0}$和$V{P0}$的不同组合，输出不同的差分数据状态。

4.3 接收功能

当$overline{OE}$ = H时，根据D + 和D - 的不同状态，RCV、$V{P}$和$V{M}$会有相应的输出，用于判断数据状态。

五、电源供应配置

TUSB1105和TUSB1106支持多种电源供应配置，可根据实际需求进行动态切换。

5.1 正常模式

$V{CC(1/O)}$和$V{CC(5.0)}$或（$V{CC(5.0)}$和$V{reg(3.3)}$）都连接。在5 - V操作时，$V{CC(5.0)}$连接到4 V至5.5 V的电源，内部电压调节器产生3.3 V用于USB连接；在3.3 - V操作时，$V{CC(5.0)}$和$V{reg(3.3)}$都连接到3 V至3.6 V的电源。$V{CC(1/O)}$独立连接到1.65 V至3.6 V的电压源。

5.2 禁用模式

$V{CC(1/O)}$未连接，$V{CC(5.0)}$或（$V{CC(5.0)}$和$V{reg(3.3)}$）连接。此时，TUSB1105和TUSB1106的内部电路确保D + 和D - 引脚处于高阻态，功耗降至低功耗（暂停）状态水平。

5.3 共享模式

$V{CC(1/O)}$连接，（$V{CC(5.0)}$和$V{reg(3.3)}$）未连接。D + 和D - 引脚处于高阻态，允许外部高达3.6 V的信号共享D + 和D - 线路。内部电路确保通过D + 和D - 线路的电流几乎为零（最大10 mA），$V{CC(1/O)}$的功耗降至低功耗（暂停）状态水平。$V{P}$和$V{M}$引脚被拉高，RCV引脚被拉低。

六、电气特性

6.1 电源供应输入选项

TUSB1105和TUSB1106提供两种电源供应输入选项：

• 内部调节器：$V{CC(5.0)}$作为内部调节器的输入，范围为4 V至5.5 V，$V{reg(3.3)}$作为电压参考输出（3.3 V，300 μA）。
• 调节器旁路：$V{CC(5.0)}$与$V{reg(3.3)}$连接，最大电压降为0.3 V，电压范围为2.7 V至3.6 V。

6.2 静电放电（ESD）

这两款收发器具有良好的ESD保护能力，不同引脚的ESD测试参数如下：	参数	测试条件	典型值	单位
D +、D -、$V_{CC(5.0)}$和GND	人体模型	+15	kV
D +、D -、$V_{CC(5.0)}$和GND	IEC - 61000 - 4 - 2，接触放电	+8	kV
其他引脚	人体模型	7	kV

6.3 静态电气特性

在推荐的工作温度和电源电压范围内，TUSB1105和TUSB1106的静态电气特性包括电源引脚、数字引脚和模拟I/O引脚的相关参数，如$V_{reg(3.3)}$的输出电压、工作电流、静态电流等。

6.4 动态电气特性

动态电气特性主要涉及模拟I/O引脚（D +、D -）的驱动和接收特性，包括上升时间、下降时间、差分上升/下降时间匹配、输出信号交叉电压等参数。在全速模式和低速模式下，这些参数的要求有所不同。

七、应用信息

7.1 负载配置

在不同的工作模式下，需要根据具体要求配置负载电容，以确保收发器的正常工作。例如，在全速模式下，负载电容$C{L}$为50 pF或125 pF；在低速模式下，负载电容$C{L}$为200 pF或600 pF。

7.2 工作模式

• 外设侧（全速）调节器旁路模式：当板上已有3.3 - V电源时适用。将USB连接器的$V{BUS}$引脚用0.1 μF电容端接，在全速工作时，将1.5 kΩ电阻连接在D + 线和$V{PU(3.3)}$或外部3.3 - V电源之间。当$V{CC(5.0)}$和$V{reg(3.3)}$连接在一起时，设备工作在调节器旁路模式，可节省功耗。
• 外设侧（低速）调节器旁路模式：与全速模式类似，只是在低速工作时，将1.5 kΩ电阻连接在D - 线和$V_{PU(3.3)}$或外部3.3 - V电源之间。
• 外设侧（全速）内部调节器模式：当板上没有3.3 - V电源时，可通过$V{BUS}$线直接为TUSB1105/1106的USB侧供电。$V{CC(5.0)}$连接到$V{BUS}$，接收主机的5 - V电源，并在$V{reg(3.3)}$引脚产生3.3 - V输出。在这种模式下，$V{CC(5.0)}$和$V{reg(3.3)}$引脚需要分别连接0.1 μF的旁路电容。在全速工作时，将1.5 kΩ电阻连接在D + 线和$V_{PU(3.3)}$或外部3.3 - V电源之间。
• 外设侧（低速）内部调节器模式：与全速内部调节器模式类似，只是在低速工作时，将1.5 kΩ电阻连接在D - 线和$V_{PU(3.3)}$或外部3.3 - V电源之间。
• 主机侧（$V{CC(5.0)}$由$V{BUS}$引脚供电）：当板上没有3.3 - V电源时，可使用外部5 - V电源为USB侧供电。$V_{CC(5.0)}$连接到外部5 - V电源，片上调节器产生3.3 - V内部电源轨，用于驱动TUSB1105/1106的USB侧信号电平。逻辑侧I/O可在1.65 V至3.6 V的电压范围内工作。
• 主机侧（3.3 - V电源存在）内部调节器旁路模式：当有3.3 - V电源支持USB侧电源时，将$V{CC(5.0)}$和$V{reg(3.3)}$连接在一起，并连接到3.3 - V电源，使调节器处于非激活状态。

八、封装信息

TUSB1105和TUSB1106提供多种封装形式，每种封装都有其特定的尺寸和引脚排列。在选择封装时，需要考虑电路板的布局、散热要求以及焊接工艺等因素。同时，文档中还提供了详细的封装材料信息、机械数据、示例电路板布局和示例模板设计等内容，为工程师的设计提供了便利。

九、总结

TUSB1105和TUSB1106是两款功能强大、性能稳定的USB收发器，具有丰富的特性和灵活的配置选项。它们在便携式电子设备中具有广泛的应用前景，能够满足不同用户的需求。在实际设计中，工程师需要根据具体的应用场景和要求，合理选择电源供应配置、工作模式和负载电容等参数，以确保收发器的正常工作和系统的稳定性。希望通过本文的介绍，能够帮助大家更好地了解和使用这两款收发器。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。