EZ-USB® NX2LP-Flex™：灵活的USB NAND闪存控制器深度剖析

在当今数字化的时代，USB技术的发展日新月异，对于USB闪存控制器的需求也越来越高。Cypress的EZ-USB® NX2LP-Flex™（CY7C68033/CY7C68034）就是一款极具特色的USB NAND闪存控制器，下面我们就来深入了解一下它。

文件下载：CY7C68033-56LTXC.pdf

产品概述

Cypress已被英飞凌收购，但产品仍以Cypress的名义继续提供给新老客户。EZ-USB® NX2LP-Flex™是基于固件的可编程版本的EZ-USB NX2LP，它将USB 2.0收发器、串行接口引擎（SIE）、增强型8051微控制器和可编程外设接口集成在单个芯片中，为基于NAND闪存的应用提供了经济高效的解决方案。

硅特性

高速与低功耗

该控制器支持总线或自供电的USB 2.0操作，经过认证符合相关标准（TID# 40490118）。它具有超低功耗的特点，在任何模式下典型电流消耗仅为43 mA。CY7C68034适用于电池供电应用，待机电流典型值为100 μA；CY7C68033适用于非电池供电应用，待机电流典型值为300 μA。

强大的8051内核

集成了增强型8051内核，固件从内部RAM运行，该RAM在启动时从NAND闪存下载，无需外部EEPROM。片上有15 KBytes的代码/数据RAM，默认NAND固件为8 kB，默认空闲空间为7 kB。

丰富的端点和接口

拥有四个可编程的批量/中断/等时端点，缓冲选项包括双缓冲、三缓冲和四缓冲，还有一个额外的可编程64字节端点。具备SmartMedia标准硬件ECC生成功能，可进行1位纠错和2位检测。通用可编程接口（GPIF）允许直接连接到大多数并行接口，支持多个就绪（RDY）输入和控制（CTL）输出。

其他特性

有12个完全可编程的通用I/O（GPIO）引脚，集成了行业标准的增强型8051，支持48-MHz、24-MHz或12-MHz的CPU操作，有四个时钟用于每个指令周期，三个计数器/定时器，扩展的中断系统和两个数据指针。工作电压为3.3-V，输入可耐受5 V。具备矢量USB中断和GPIF/FIFO中断，控制传输的设置和数据部分有单独的数据缓冲区，集成了I²C控制器，运行频率为100或400 kHz，还有四个集成的FIFO。采用节省空间的56引脚QFN封装。

默认NAND固件特性

高速支持

支持高速（480 Mbps）或全速（12 Mbps）的USB传输，根据芯片选择支持不同的NAND尺寸，如512字节适用于高达1 Gb容量，2K字节适用于高达8 Gb容量，4K字节适用于高达16 Gb容量。

多芯片支持

有12个可配置的GPIO引脚，包括两个专用芯片使能（CE#）引脚、六个可配置的CE#/GPIO引脚和四个专用GPIO引脚。最多支持八个NAND闪存单设备（单芯片）芯片或四个NAND闪存双设备（双芯片）芯片，还可通过编译选项将未使用的CE#引脚配置为GPIOs。

纠错与管理

具备行业标准的ECC NAND闪存纠错功能，每256字节可进行1位纠错和2位检测。采用行业标准（SmartMedia）页面管理，用于磨损均衡算法、坏块处理和物理到逻辑管理。支持8位NAND闪存接口，支持30 ns、50 ns和100 ns的NAND闪存时序，符合USB大容量存储类规范修订版1.0。

功能描述

USB信号速度

NX2LP-Flex以USB规范修订版2.0定义的全速（12 Mbps）和高速（480 Mbps）运行，不支持1.5 Mbps的低速信号模式。

8051微处理器

嵌入式8051微处理器具有256字节的寄存器RAM、扩展的中断系统和三个定时器/计数器。芯片有一个片上振荡器电路，使用外部24 MHz（±100 ppm）晶体，通过片上PLL将24-MHz振荡器频率提升至480 MHz，内部计数器将其分频后作为8051时钟，默认8051时钟频率为12 MHz，可通过CPUCS寄存器动态更改。

I²C总线

NX2LP仅作为主设备支持I²C总线，运行频率为100/400 kHz。SCL和SDA引脚具有开漏输出和滞后输入，即使没有连接I²C设备，这些信号也必须上拉到3.3 V。I²C总线在启动时禁用，仅在首次NAND访问后可用。

总线

具备8位或16位的“FIFO”双向数据总线，复用在I/O端口B和D上。默认固件镜像在GPIF主模式下实现8位数据总线，建议添加到默认固件镜像的其他接口使用此8位数据总线。

枚举

在启动序列中，内部逻辑会检查是否存在具有有效固件的NAND闪存。如果找到有效固件，NX2LP-Flex将加载并按固件运行；如果未检测到NAND闪存或未找到有效固件，则使用内部ROM空间中的默认值进行制造模式操作。

中断系统

实现了INT2和INT4的自动向量功能，有27个INT2（USB）向量和14个INT4（FIFO/GPIF）向量。USB中断由27个中断源共享，FIFO/GPIF中断由14个单独的FIFO/GPIF源共享，都可采用自动向量功能。

复位和唤醒

复位引脚RESET#为低电平时可复位NX2LP-Flex，该引脚具有滞后特性。当使用晶体作为时钟源时，复位周期约为VCC达到3.0V后5 ms；如果晶体输入引脚由时钟信号驱动，内部PLL在VCC达到3.0 V后200 μs稳定。唤醒引脚可使芯片从电源关闭（USB挂起）状态退出，可通过USB总线活动、外部逻辑断言WAKEUP引脚或PA3/WU2引脚实现。

寄存器和引脚

寄存器

文档详细列出了NX2LP-Flex的寄存器，包括特殊功能寄存器（SFR）、端点配置寄存器、中断控制寄存器等，这些寄存器用于控制和配置芯片的各种功能。

引脚

提供了56引脚NX2LP-Flex封装的引脚分配图和详细的引脚描述，不同的操作模式（端口模式、GPIF主模式和从FIFO模式）下引脚的功能有所不同。

应用领域

NX2LP-Flex可用于多种应用，如基于NAND闪存的GPS设备、DVB视频捕获设备、无线指针/演示工具、MPEG/TV转换设备、传统转换设备、相机、具有生物识别（如指纹）安全的NAND闪存大容量存储设备、家用PNA设备、无线LAN和MP3播放器等。

设计建议

PCB布局

建议使用至少四层阻抗控制板，以保持信号质量。要指定阻抗目标，控制走线宽度和间距，最小化短截线以避免反射信号。USB连接器外壳和信号地的连接应靠近USB连接器，建议在VBUS附近使用旁路/反激电容。DPLUS和DMINUS走线长度应保持在彼此相差2 mm以内，首选长度为20 - 30 mm，在这些走线下方保持一个完整的接地平面，避免平面分割，除非必要，否则不要在DPLUS或DMINUS走线上放置过孔，并尽可能将其与其他信号走线隔离。

QFN封装设计

QFN封装通过将封装底部的引脚焊接到PCB上实现电气连接，需要特别注意封装下方的热传递区域，在PCB中设计铜填充作为热焊盘。热量通过设备底部的金属焊盘从NX2LP-Flex传递到PCB，再通过5 × 5阵列的过孔传导到内部接地平面。过孔的成品直径为13 mil，QFN的金属管芯焊盘必须焊接到PCB的热焊盘上，在板的顶部对每个过孔放置阻焊层以防止焊料流入过孔，顶部的阻焊层还可减少回流焊过程中的出气。

EZ-USB® NX2LP-Flex™以其丰富的功能、低功耗和灵活的配置，为基于NAND闪存的USB应用提供了一个优秀的解决方案。电子工程师在设计相关产品时，可以充分利用其特性，实现高效、稳定的系统设计。你在使用类似产品时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。