CY7C65213/CY7C65213A USB-UART LP 桥接控制器：设计与应用全解析

在当今的电子设备设计中，将 UART 设备升级到 USB 接口是一个常见的需求。Cypress 半导体公司的 CY7C65213 和 CY7C65213A USB - UART LP 桥接控制器，为这一升级提供了简单且高效的解决方案。接下来，我们将深入探讨这两款控制器的特性、功能、电气参数、应用场景等方面。

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产品概述

CY7C65213 和 CY7C65213A 是完全集成的 USB - UART 桥接器，采用 32 引脚 QFN 和 28 引脚 SSOP 封装，内部集成了 USB 2.0 全速控制器、UART 收发器、内部稳压器、内部振荡器和 512 字节闪存。Cypress 提供免版税的虚拟 COM 端口（VCP）设备驱动程序，使设备在 PC 应用中表现为 COM 端口，支持所有 UART 信号，包括握手和控制信号。

关键特性

USB 相关特性

• USB 2.0 认证：支持全速（12 Mbps）通信，内置 USB 2.0 全速收发器，集成 USB 终端电阻和 1.5 kΩ 上拉电阻。
• 充电检测：支持电池充电器检测（BCD），符合 USB 电池充电规范 Rev. 1.2，支持标准下游端口（SDP）、充电下游端口（CDP）和专用充电端口（DCP）。

UART 接口特性

• 单通道可配置：支持 2 针、4 针、6 针、8 针 UART 接口，数据速率高达 3 Mbps。
• 数据格式灵活：支持 7 或 8 个数据位、1 或 2 个停止位，以及无校验、偶校验、奇校验、标记校验或空格校验。
• 错误检测与流控制：支持奇偶校验、溢出和帧错误检测，支持使用 CTS、RTS、DTR、DSR 进行流控制，还支持 UART 中断信号。

其他特性

• 通用输入/输出（GPIO）：具有 8 个 GPIO 引脚，可通过配置工具进行灵活配置。
• 唯一序列号：每个设备支持唯一序列号功能，插入 USB - UART LP 桥接控制器设备时可永久固定 COM 端口号。
• 配置工具：提供 Windows 配置工具，可配置供应商 ID（VID）、产品 ID（PID）、产品和制造商描述符、UART、充电器检测和 GPIO 等参数。
• 驱动支持：支持多种操作系统，包括 Windows、Mac OS - X、Linux 和 Android 等。
• 低功耗：支持 USB 挂起模式，工作电压范围为 1.71 至 5.50 V，具有 2.2 kV HBM 的 ESD 保护，采用 RoHS 兼容封装。

功能模块详解

USB 和充电器检测

USB 部分内置 USB 2.0 全速收发器，集成了必要的电阻。充电器检测功能支持不同类型的充电端口，使设备能根据不同的充电环境进行适配。

串行通信

串行通信模块（SCB）实现 UART 接口，TX 和 RX 线路均有 256 字节的缓冲区。UART 接口支持高速异步串行通信，数据格式和错误检测功能丰富，能满足不同应用的需求。

GPIO 接口

8 个 GPIO 引脚可通过配置工具进行多种配置，如三态、输出静态 1 或 0、电源控制、LED 驱动等。这为设备的功能扩展提供了很大的灵活性。

内存

512 字节的闪存用于存储 USB 参数，如 VID/PID、序列号、产品和制造商描述符等，可通过配置工具进行编程。

系统资源

• 电源系统：支持 USB 挂起模式，可在总线供电或自供电模式下工作，工作电压范围为 3.15 V 至 5.5 V。
• 时钟系统：集成 48 MHz 振荡器和 32 kHz 振荡器，无需外部晶体，为所有子系统提供时钟。
• 复位：复位模块确保可靠的上电复位，可通过 RESET# 引脚由外部设备进行复位。
• 挂起和恢复：当 USB 总线进入挂起状态时，设备会置位 SLEEP# 引脚，满足 USB 2.0 规范的严格挂起电流要求。设备可在 USB 总线活动或 RI# 引脚置位时从挂起状态恢复。
• 唤醒：RI# 引脚可配置为唤醒引脚，用于在 USB 总线上生成远程唤醒信号。

软件支持

Cypress 提供了完整的软件驱动程序和配置工具，支持多种操作系统。在 Linux 系统中，提供用户模式 USB 驱动库；在 Android 系统中，提供 Java 类；在 Mac OSx 系统中，提供动态链接共享库；在 Windows 系统中，提供用户模式动态链接库和虚拟 COM 端口驱动程序。此外，还提供 Windows 配置工具，方便用户对设备进行初始化参数配置。

电气规格

绝对最大额定值

存储温度范围为 -55 °C 至 +100 °C，工业环境下工作温度范围为 -40 °C 至 +85 °C，各电源引脚的最大电压有明确限制，ESD 保护水平为 2.2 kV HBM。

工作条件

工业环境下工作温度为 -40 °C 至 +85 °C，VCC 电源电压范围为 3.15 V 至 5.25 V，VCCIO 电源电压范围为 1.71 V 至 5.50 V，VCCD 电源电压范围为 1.71 V 至 1.89 V。

设备级规格

详细列出了直流和交流规格参数，包括电源电压、电流、输出阻抗、唤醒时间等。

引脚描述

详细介绍了 28 引脚 SSOP 和 32 引脚 QFN 封装的引脚功能和配置选项，工程师在设计时可根据实际需求进行引脚连接和配置。

USB 电源配置

总线供电配置

VBUS 直接连接到控制器，系统在 USB 枚举前电流不超过 100 mA，挂起模式下不超过 2.5 mA，高功率系统需使用 POWER# 控制电流。

自供电配置

VCC 由 USB VBUS 供电，VCCIO 由外部电源供电，通过 VBUS 控制 RESET# 引脚，确保符合 USB 2.0 规范。

可变 I/O 电压的总线供电配置

使用低压差（LDO）稳压器提供 1.8 V 或 3.3 V 电压，通过跳线开关选择 VCCIO 电压，系统同样需满足电流限制要求。

应用示例

USB 转 RS232 转换器

可将带有串行端口的嵌入式系统通过 USB 连接到主机 PC，通过 RS232 电平转换器实现极性反转和电压电平转换。可配置 GPIO 引脚实现睡眠控制和 LED 指示功能，还可进行简单的回环测试。

USB 转 RS485 应用

CY7C65213A 可配置为 USB 转 UART 接口，通过 GPIO 控制 RS485 收发器，实现 TTL 电平到 RS485 电平的转换，适用于多设备通信的 RS485 网络。

电池供电的总线供电 USB 到 MCU 并带电池充电检测

实现 USB 到微控制器的接口，支持数据传输和握手信号。设备可根据 USB 充电器类型进行充电检测，确保系统在不同电源状态下的正常工作，同时需满足电流限制要求。

LED 接口

可将任意 GPIO 引脚配置为驱动 LED，提供三种配置选项，方便实现数据传输状态的可视化指示。

订购信息

提供了不同封装的订购代码和适用的工作范围，工程师可根据实际需求选择合适的产品。

勘误说明

文档中指出了 USB - 串口设备在 UART 帧错误和 MARK 或 SPACE 奇偶校验错误报告方面的问题，目前暂无修复方案，建议应用中使用 UART 的系统在数据中包含校验和或 CRC 以确保帧完整性。

CY7C65213 和 CY7C65213A USB - UART LP 桥接控制器以其丰富的功能、灵活的配置和广泛的应用场景，为电子工程师在 UART 设备升级到 USB 接口的设计中提供了优秀的解决方案。在实际应用中，工程师可根据具体需求进行合理配置和设计，以充分发挥其性能优势。你在使用这款控制器的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。