FT245BQ USB FIFO：实现高效数据传输的利器

在电子设计领域，数据传输的高效性和稳定性至关重要。FTDI推出的FT245BQ USB FIFO（USB - Parallel）I.C. 为工程师们提供了一个出色的解决方案，可实现外设与主机PC之间的数据快速传输。今天，我们就来深入了解一下这款芯片。

文件下载：FT245BQ-REEL.pdf

芯片概述

FT245BQ是FTDI第二代USB FIFO I.C.的无铅版本。它在继承前作FT8U245AM优点的基础上，增加了额外功能，减少了外部组件数量，同时保持了与原产品的高度引脚兼容性，这使得现有设计的升级和成本降低变得轻而易举，也为其在新应用领域的使用提供了更多可能。

强大特性

硬件特性

• 高速数据传输：使用D2XX驱动时，数据传输速率可达1M Byte / Sec；使用VCP驱动时，传输速率为300 Kilobyte / Sec。
• 简单接口：通过4线握手接口，能轻松与MCU、PLD、FPGA逻辑进行连接。
• 免USB固件编程：芯片内部处理整个USB协议，无需进行特定的USB固件编程。
• 大容量FIFO缓冲区：配备384 Byte FIFO Tx缓冲区和128 Byte FIFO Rx缓冲区，确保高数据吞吐量。
• 优化数据传输：通过SI引脚支持“Send Immediate”功能，进一步优化数据吞吐量。
• 电源管理：支持USB Suspend / Resume，可通过PWREN#引脚控制高功率USB总线供电设备，还具备可调节的RX缓冲区超时功能。
• 集成功能：集成了电平转换器、3.3V稳压器、上电复位电路和6MHz - 48Mhz时钟乘法器PLL。
• 多种数据传输模式：支持USB Bulk或Isochronous数据传输模式，新的Bit - Bang模式允许数据总线作为8位通用IO端口使用。
• 电源兼容性：支持4.35V至5.25V单电源操作，与UHCI / OHCI / EHCI主机控制器和USB 1.1、USB 2.0兼容。
• EEPROM可编程：USB VID、PID、序列号和产品描述字符串可存储在外部EEPROM中，并可通过USB进行编程。
• 小巧封装：采用紧凑的5 x 5 mm无铅RoHS兼容QFN32封装。

驱动支持

支持多种操作系统的VCP和D2XX驱动，包括Windows、MAC OS、Linux等，为不同平台的开发提供了便利。

应用领域广泛

FT245BQ适用于多种应用场景，如MCU / PLD / FPGA与USB的接口、传统外设设计升级到USB、USB仪器仪表、USB工业控制、USB音频和低带宽视频数据传输、PDA与USB数据传输、USB MP3播放器接口、USB闪存卡读写器、机顶盒PC - USB接口、USB数码相机接口、USB硬件调制解调器和USB无线调制解调器等。

增强功能亮点

与前代产品相比，FT245BQ进行了多项重要改进：

• 集成上电复位电路：新增内部POR功能，提供新的复位输出引脚RSTOUT#，为外部MCU和其他设备提供稳定的复位信号。
• 集成RCCLK电路：将原本需要的外部RC电路集成到芯片内部，对应的引脚现在作为TEST引脚，正常工作时应接地。
• 集成电平转换器：新的VCCIO引脚使芯片能够直接与3.3V和其他逻辑系列接口，无需外部电平转换IC。
• 电源管理控制：新增PWREN#信号，可用于控制外部电路的电源开关，同时在电源关闭时可使FIFO接口线轻轻下拉，确保外部电路可靠复位。
• Send Immediate / WakeUp信号：单个引脚集成了两种功能，可在USB suspend模式下唤醒主机PC，也可优化USB传输速度。
• 低暂停电流：通过集成RCCLK和内部设计改进，将USB suspend模式下的暂停电流降低到典型值100uA以下。
• 支持USB等时传输：通过EEPROM中的选项位，支持USB等时传输，适用于对调度延迟有较高要求的应用。
• 可编程FIFO TX缓冲区超时：TX缓冲区超时时间可通过USB进行编程，范围为1ms至255ms，以适应不同协议的需求。
• 宽松的VCC去耦：芯片内部集成了一定程度的VCC去耦，提高了PCB设计的便利性，满足FCC、CE和其他EMI相关规范。
• Bit Bang模式：新的Bit Bang模式允许FIFO数据线在FIFO接口模式和8位并行IO端口之间切换，为应用开发带来更多可能性。
• 减少外部支持组件：取消了RCCLK RC网络和大部分应用中的外部复位电路，以及EECS上的100K上拉电阻。
• 扩展EEPROM支持：支持93C56和93C66类型的EEPROM，为外部MCU / 逻辑提供更多存储空间。
• USB 2.0（全速选项）：通过EEPROM选项，可返回USB 2.0设备描述符，实现12Mb/s的全速传输。
• 多设备支持：在不使用EEPROM时，多个设备可同时连接到同一台PC。

功能模块解析

3.3V LDO稳压器

为USB收发器单元输出缓冲器提供3.3V参考电压，同时为RSTOUT#引脚提供电源，也可为外部3.3V逻辑提供不超过5mA的电流。

USB收发器

提供USB 1.1 / USB 2.0全速物理接口，输出驱动器具有3.3V电平转换率控制信号，差分接收器和两个单端接收器用于检测USB数据、SEO和USB复位条件。

USB DPLL

锁定输入的NRZI USB数据，为SIE模块提供恢复的时钟和数据信号。

6MHz振荡器

使用外部6MHz晶体或陶瓷谐振器产生6MHz参考时钟输入到x8时钟乘法器。

x8时钟乘法器

将6MHz输入转换为12MHz参考时钟，为SIE、USB协议引擎和FIFO控制器模块提供时钟，同时产生48MHz参考时钟供USB DPLL使用。

串行接口引擎（SIE）

实现USB数据的并行到串行和串行到并行转换，执行位填充/去填充和CRC5 / CRC16生成/检查。

USB协议引擎

管理设备USB控制端点的数据流，处理USB主机控制器生成的低级USB协议请求和控制FIFO功能参数的命令。

FIFO接收缓冲区（128字节）

存储从USB主机通过USB数据输出端点发送到FIFO的数据，可通过RD#读取。

FIFO发送缓冲区（384字节）

存储使用WR#写入FIFO的数据，主机通过发送USB请求从设备数据输入端点读取数据。

FIFO控制器

处理外部FIFO接口引脚与FIFO发送和接收缓冲区之间的数据传输。

复位生成器

在上电时为设备内部电路提供可靠的上电复位信号，RESET#输入和RSTOUT#输出可用于与其他设备进行复位交互。

EEPROM接口

可使用外部93C46（93C56或93C66）EEPROM自定义FT245BQ的USB VID、PID、序列号、产品描述字符串和电源描述符值，还可控制远程唤醒、等时传输模式、电源关闭时的软下拉和USB 2.0描述符模式等参数。

引脚说明

FT245BQ的引脚分为多个组，包括FIFO数据总线组、FIFO控制接口组、USB接口组、EEPROM接口组、电源控制组、杂项信号组和电源与地组。每个引脚都有其特定的功能和使用要求，在设计时需要仔细考虑。

配置示例

振荡器配置

可使用3引脚陶瓷谐振器或6MHz晶体/2引脚陶瓷谐振器，不同配置需要注意负载电容和电阻的选择，以确保振荡器的稳定性和准确性。

EEPROM配置

将FT245BQ与93C46（93C56或93C66）EEPROM连接时，需要注意引脚连接和数据冲突的问题，同时要选择合适的EEPROM类型和配置。

USB总线供电和自供电配置

USB总线供电设备需要满足特定的电流要求，可通过PWREN#引脚控制功率，使用铁氧体磁珠防止噪声辐射。自供电设备则需要注意避免向USB总线强制供电，可通过连接RSTOUT#和控制RESET#引脚来实现。

3.3V逻辑接口配置

在与3.3V逻辑设备接口时，需要选择合适的稳压器，确保满足USB暂停电流要求。在某些情况下，也可使用FT245BQ的内置稳压器。

功率控制配置

可使用P - 通道逻辑电平MOSFET或专用功率开关IC来控制外部逻辑电路的电源，同时需要注意软启动电路的使用和相关配置选项。

微控制器接口配置

通过MCU的IO端口与FT245BQ进行数据传输和状态监测，可根据需要连接SI / WU和PWREN#引脚。

总结

FT245BQ USB FIFO芯片凭借其丰富的功能、出色的性能和广泛的应用领域，为电子工程师提供了一个强大而可靠的解决方案。无论是在传统外设设计升级还是新兴应用开发中，它都能发挥重要作用。在实际设计中，工程师们需要根据具体需求合理选择配置，充分发挥芯片的优势，实现高效、稳定的数据传输。你在使用类似芯片时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。