探索Microchip USB7216C：6端口USB 3.2 Gen 2 Type - C控制器集线器

一、引言

在当今数字化时代，USB设备的应用无处不在，对于高性能、多功能的USB集线器的需求也日益增长。Microchip的USB7216C就是这样一款具有卓越性能和丰富特性的6端口USB 3.2 Gen 2 Type - C控制器集线器，它为嵌入式USB应用提供了强大的解决方案。

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二、产品亮点

2.1 端口配置丰富

USB7216C拥有6个下游端口，其中下游端口1支持原生USB Gen 2 Type - C，另外还有3个标准USB 3.2 Gen 2下游端口和2个标准USB 2.0下游端口。这种多样化的端口配置能够满足不同设备的连接需求，无论是高速数据传输设备还是传统的USB 2.0设备，都能在该集线器上找到合适的接口。

2.2 功能特性强大

• USB Link Power Management（LPM）支持：有助于降低功耗，提高设备的能源效率，延长设备的续航时间。
• 固件编程：可以从USB主机将固件映像编程到外部SPI内存设备，方便进行系统的更新和升级。
• 电池充电支持：下游端口支持USB - IF电池充电器修订版1.2（DCP、CDP、SDP），还能对大多数流行的电池供电设备进行充电，包括苹果便携式产品充电器仿真、中国YD/T 1591 - 2006/2009充电器仿真以及欧盟通用移动充电器支持等。
• 增强的OEM配置选项：可通过OTP或外部SPI内存进行配置，为OEM厂商提供了高度的定制化空间。

2.3 封装与温度范围

采用100引脚（12mm x 12mm）VQFN RoHS合规封装，并且支持商业和工业级温度范围，适用于不同的应用环境。

三、目标应用

USB7216C适用于多种场景，如独立USB集线器、笔记本电脑扩展坞、PC主板、PC显示器扩展坞以及多功能USB 3.2 Gen 2外设等。这些应用场景都对USB集线器的性能和功能有较高的要求，而USB7216C正好能够满足这些需求。

四、关键优势

4.1 高速数据传输

完全符合USB 3.2 Gen 2标准，支持10 Gbps、5 Gbps、480 Mbps、12 Mbps和1.5 Mbps的操作速度，能够满足不同设备的高速数据传输需求。同时，其5V耐受的USB 2.0引脚和1.21V耐受的USB 3.2 Gen 2引脚，以及集成的终端和上拉/下拉电阻，保证了信号的稳定传输。

4.2 原生USB Type - C支持

• 集成Rp和Rd电阻：Type - C CC引脚集成了Rp和Rd电阻，简化了电路设计。
• 集成多路复用器：在支持USB Type - C的端口上集成了多路复用器，在检测到有效的Type - C连接之前，USB 3.2 Gen 2 PHYs会被禁用，从而节省空闲功耗，同时还能控制外部VCONN电源。

4.3 电池充电能力

支持在所有端口对大多数流行的电池供电设备进行充电，提供了多种充电配置文件，满足不同设备的充电需求。

4.4 片上微控制器

• 信号管理：能够管理I/O、VBUS和其他信号，确保设备的稳定运行。
• 内存配置：拥有96kB RAM、256kB ROM和8kB一次性可编程（OTP）ROM，还包括片上电荷泵，为设备的运行提供了充足的资源。

4.5 灵活的配置选项

• 多种配置方式：可通过OTP内存、SPI外部内存或SMBus进行配置编程，方便用户根据实际需求进行定制。
• FlexConnect功能：上游和所有下游端口的角色可以通过命令进行反转，提供了灵活的连接选项。
• Multi - Host Endpoint Reflector：集成了主机控制器端点反射器，适用于汽车应用，通过CDC/NCM设备类实现USB数据在两个USB主机之间的“镜像”。
• USB桥接功能：支持USB到I2C、SPI、I2S和GPIO的桥接，方便与其他设备进行通信。
• PortSwap功能：可对USB 2.0差分对信号进行可配置的交换，避免PCB上USB差分信号的不均匀走线长度或交叉问题。
• PHYBoost功能：可编程的USB收发器驱动强度，有助于恢复信号完整性，提高信号传输质量。
• VariSense功能：可编程的USB接收灵敏度，允许设备在次优的系统环境中正常运行，例如使用 captive USB电缆时。
• USB Power Delivery Billboard Device支持：内部端口可以枚举为Power Delivery Billboard设备，将Power Delivery Alternate Mode协商失败的情况传达给主机。

4.6 系统兼容性

兼容Microsoft Windows 10、8、7、XP，Apple OS X 10.4 +和Linux集线器驱动，具有广泛的系统兼容性。

4.7 低功耗与散热优化

经过优化，具有低功耗运行和低热耗散的特点，能够保证设备在长时间运行时的稳定性。

五、引脚描述

5.1 引脚分配

USB7216C采用100 - VQFN封装，引脚分配详细且合理。在设计电路时，需要注意配置带下划线符号名称的配置带，当连接负载时，这些信号需要使用外部电阻进行增强。同时，热焊盘需要连接到VSS。

5.2 引脚复位状态

不同的引脚在复位时具有不同的状态，如AI（模拟输入）、AIO（模拟输入/输出）、AO（模拟输出）、PD（硬件启用下拉）、PU（硬件启用上拉）、Y（硬件启用功能）、Z（硬件禁用输出驱动器，高阻抗）等。在设计过程中，需要根据引脚的复位状态进行合理的电路设计。

5.3 引脚详细描述

文档中对各种引脚的功能、缓冲类型以及未使用时的处理方式都进行了详细的说明。例如，USB 3.2 Gen 2接口的引脚在未使用时，部分需要浮空，部分需要弱下拉到GND；SPI接口的引脚在启用SPI接口时，需要按照特定的要求进行驱动和连接；USB Type - C连接器控制相关引脚在未使用时，部分需要弱下拉到GND，并且有些引脚在特定条件下可以不使用。

六、总结

Microchip的USB7216C是一款功能强大、性能卓越的6端口USB 3.2 Gen 2 Type - C控制器集线器。它的丰富端口配置、强大的功能特性、灵活的配置选项以及良好的系统兼容性，使其在多种应用场景中都能发挥出色的作用。对于电子工程师来说，在设计USB相关的产品时，USB7216C是一个值得考虑的优秀选择。大家在实际应用中，是否遇到过类似产品在某些特定场景下的特殊需求呢？欢迎在评论区分享你的经验和想法。