TUSB1146：USB Type - C Alt Mode紅驅(qū)動開關(guān)的卓越之選

在當(dāng)今高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r代，USB Type - C接口憑借其強(qiáng)大的功能和廣泛的應(yīng)用，成為了電子設(shè)備中不可或缺的一部分。而德州儀器（TI）推出的TUSB1146，作為一款VESA USB Type - C Alt Mode紅驅(qū)動開關(guān)，在支持高速數(shù)據(jù)傳輸方面表現(xiàn)卓越。今天，我們就來深入了解一下這款器件。

文件下載：tusb1146.pdf

一、TUSB1146概述

TUSB1146支持USB 3.2數(shù)據(jù)速率高達(dá)10 Gbps，以及DisplayPort 2.0高達(dá)10 Gbps（UHBR10）的數(shù)據(jù)傳輸，適用于下游端口（主機(jī)）。它采用了第五代USB紅驅(qū)動技術(shù)，并在其DFP接收器上配備了創(chuàng)新的自適應(yīng)均衡功能，可用于VESA DisplayPort Alt Mode on USB Type - C標(biāo)準(zhǔn)中的DFP配置C、D和E。

該器件提供了多個級別的接收均衡，以補(bǔ)償U(kuò)SB 3.1 Gen1/Gen2或DisplayPort 2.0信號在PCB或電纜中傳輸時因符號間干擾（ISI）而導(dǎo)致的電纜和電路板走線損耗。它僅需3.3 - V電源供電，有商業(yè)溫度范圍和工業(yè)溫度范圍兩種選擇。

二、關(guān)鍵特性剖析

2.1 USB 3.1支持

TUSB1146支持USB 3.1 Gen1/Gen2數(shù)據(jù)速率高達(dá)10 Gbps，以及所有USB定義的電源狀態(tài)（U0、U1、U2和U3）。由于它是線性紅驅(qū)動器，無法解碼USB3.1物理層流量，因此通過監(jiān)測接收器終端、電氣空閑、LFPS和SuperSpeed信令速率等實(shí)際物理層條件來確定USB 3.1接口的電源狀態(tài)。

其智能低頻周期性信令（LFPS）檢測器可自動檢測低頻信號，并在接收LFPS時禁用接收器均衡功能；當(dāng)未接收LFPS時，根據(jù)EQ[1:0]和SSEQ[1:0]引腳或編程到EQ1_SEL、EQ2_SEL和SSEQ_SEL寄存器中的值啟用接收器均衡。

2.2 DisplayPort支持

TUSB1146支持多達(dá)4個DisplayPort通道，數(shù)據(jù)速率高達(dá)10 Gbps（UHBR10）。在DisplayPort模式下，它會監(jiān)控DisplayPort源和DisplayPort接收器之間的原生AUX流量，并根據(jù)AUX事務(wù)的內(nèi)容管理活動DisplayPort通道的數(shù)量，以降低功耗。

例如，它會監(jiān)聽對DisplayPort接收器的DPCD寄存器0x00101（LANE_COUNT_SET）和0x00600（SET_POWER_STATE）的原生AUX寫入操作，并根據(jù)寫入的值禁用或啟用通道。默認(rèn)情況下，DisplayPort AUX監(jiān)聽功能是啟用的，但可以通過更改AUX_SNOOP_DISABLE寄存器來禁用。

2.3 4 - 級輸入

TUSB1146具有4 - 級輸入引腳（I2C_EN、EQ[1:0]、DPEQ[1:0]和SSEQ[1:0]），用于控制均衡增益并使器件進(jìn)入不同的操作模式。這些4 - 級輸入利用電阻分壓器來設(shè)置4個有效電平，并提供更廣泛的控制設(shè)置范圍。內(nèi)部上拉和下拉電阻與外部電阻連接相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)所需的電壓電平。

2.4 接收器線性均衡

接收器均衡的目的是補(bǔ)償TUSB1146輸入之前系統(tǒng)中的通道插入損耗和符號間干擾。它通過相對于高頻分量衰減信號的低頻分量來克服這些損耗。USB3.1上游路徑、USB3.1下游路徑和DisplayPort各自都有兩個4 - 級輸入引腳，可實(shí)現(xiàn)多達(dá)16種可能的均衡設(shè)置。此外，還可以通過I2C寄存器靈活調(diào)整設(shè)置。

TUSB1146為USB - C下游端口接收器（RX1和RX2）實(shí)現(xiàn)了三種不同的均衡器功能：固定EQ、快速自適應(yīng)EQ（Fast AEQ）和全自適應(yīng)EQ（Full AEQ）。默認(rèn)操作模式為固定EQ，而快速AEQ可區(qū)分短通道和長通道，全AEQ則能自動確定最佳均衡設(shè)置，不過全AEQ功能默認(rèn)是禁用的，可通過寄存器啟用。

三、器件功能模式

3.1 GPIO模式配置

當(dāng)I2C_EN = “0” 或I2C_EN = "F" 且!(EQ0 = "0" 和EQ1 = "0") 時，TUSB1146處于GPIO配置。它支持以下配置：僅USB 3.1、2個DisplayPort通道 + USB 3.1或4個DisplayPort通道（無USB 3.1）。CTL1引腳控制DisplayPort是否啟用，CTL1和CTL0的組合可選擇不同的配置。

3.2 I2C模式配置

當(dāng)I2C_EN不等于 "0" 或I2C_EN = "F" 且EQ0 = "0" 和EQ1 = "0" 時，TUSB1146處于I2C模式。在該模式下，同樣支持與GPIO模式相同的配置，通過寄存器CTLSEL1、CTLSELO和FLIPSEL進(jìn)行控制。

3.3 DisplayPort模式

TUSB1146支持多達(dá)四個DisplayPort通道，數(shù)據(jù)速率高達(dá)10 Gbps（UHBR10）。可通過GPIO控制或I2C寄存器控制來啟用DisplayPort功能。

3.4 線性EQ配置

每個TUSB1146接收器通道都有獨(dú)立的接收器均衡控制。在GPIO模式下，可通過引腳設(shè)置確定增益值；在I2C模式下，可通過更新寄存器DP0EQ_SEL、DP1EQ_SEL、DP2EQ_SEL、DP3EQ_SEL、EQ1_SEL、EQ2_SEL和SSEQ_SEL來實(shí)現(xiàn)相同的功能。

3.5 VOD模式

TUSB1146提供兩種VOD（電壓輸出差分）控制模式：線性VOD和有限VOD。默認(rèn)情況下為線性VOD模式，可通過I2C寄存器切換到有限VOD模式。線性VOD模式下，輸出VOD是輸入VID的線性函數(shù)；有限VOD模式用于設(shè)置實(shí)際的VOD電平，僅在上游方向（RX1 -> SSRX和RX2 -> SSRX）支持。

3.6 發(fā)射均衡

在有限紅驅(qū)動模式下，TUSB1146提供SSRX發(fā)射器預(yù)加重和去加重控制。它提供四個預(yù)加重級別和四個去加重級別，可通過修改I2C寄存器進(jìn)行更改。

3.7 USB3.1模式

TUSB1146通過監(jiān)測物理層條件來確定USB3.1接口的狀態(tài)，當(dāng)USB 3.1啟用時，可處于四種主要操作模式之一：斷開連接、U2/U3、U1和U0。不同模式下，器件的功耗和功能有所不同，例如斷開連接模式是最低功耗模式，而U0模式是最高功耗模式。

3.8 下游端口自適應(yīng)均衡

TUSB1146為USB - C下游端口接收器（RX1和RX2）實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)均衡器（AEQ）功能，旨在確定最佳EQ值以最小化輸出抖動。提供快速AEQ和全AEQ兩種模式，可通過寄存器選擇，默認(rèn)情況下AEQ功能是禁用的。

四、編程與配置

4.1 模式轉(zhuǎn)換

TUSB1146允許在任何模式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，如從僅USB模式轉(zhuǎn)換到4DP模式等。在進(jìn)入或退出備用模式之前，建議先進(jìn)入禁用狀態(tài)（CTLSEL = 2'b00或(CTL0引腳 = 0且CTL1引腳 = 0)），以符合USB - C標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 偽代碼示例

文檔中提供了不同模式下的偽代碼示例，如快速AEQ與線性紅驅(qū)動模式、快速AEQ與有限紅驅(qū)動模式、全AEQ與線性紅驅(qū)動模式以及全AEQ與有限紅驅(qū)動模式等，方便工程師進(jìn)行開發(fā)和配置。

4.3 I2C地址選項(xiàng)

TUSB1146可通過I2C進(jìn)行控制，SCL和SDA引腳分別用于I2C時鐘和I2C數(shù)據(jù)。其I2C目標(biāo)地址根據(jù)DPEQ0/A1引腳和SSEQ0/A0引腳的電平確定。

4.4 I2C從機(jī)行為

文檔詳細(xì)介紹了向TUSB1146 I2C寄存器寫入數(shù)據(jù)、讀取數(shù)據(jù)（無重復(fù)啟動和有重復(fù)啟動）以及設(shè)置讀取起始子地址的操作步驟和流程。

五、應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)

5.1 應(yīng)用信息

TUSB1146是一款線性紅驅(qū)動器，專門用于補(bǔ)償信號通過PCB走線和電纜等無源介質(zhì)時因衰減而引起的符號間干擾（ISI）抖動。將其放置在USB3.1主機(jī)/DisplayPort 2.0 GPU和USB3.1 Type - C插座之間，可糾正信號完整性問題，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。

5.2 典型應(yīng)用

文檔給出了一個典型應(yīng)用示例，包括設(shè)計(jì)要求和詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟。設(shè)計(jì)要求涉及PCB走線長度、AC電容器距離、ESD組件距離等參數(shù)。在詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟中，分別介紹了USB和DP上游端口、USB下游端口的配置方法，包括固定均衡、快速自適應(yīng)均衡和全自適應(yīng)均衡的設(shè)置建議。

5.3 系統(tǒng)示例

展示了三種系統(tǒng)示例：僅USB 3.1、USB 3.1和2個DisplayPort通道以及僅DisplayPort，分別說明了不同模式下的引腳配置和工作情況。

六、電源供應(yīng)與布局建議

6.1 電源供應(yīng)建議

TUSB1146設(shè)計(jì)為使用3.3 - V電源供電，不應(yīng)超過絕對最大額定值表中列出的電壓水平。如果使用更高電壓的系統(tǒng)電源，可使用電壓調(diào)節(jié)器將電壓降至3.3 V。同時，應(yīng)使用去耦電容器來降低噪聲并提高電源供應(yīng)的完整性，每個電源引腳建議使用0.1 - μF的電容器。

6.2 布局指南

文檔提供了詳細(xì)的布局指南，包括差分對的阻抗控制、長度匹配、避免與其他高速信號干擾、減少彎曲和過孔數(shù)量等方面的建議，以確保信號的穩(wěn)定性和減少電磁干擾。

七、總結(jié)

TUSB1146作為一款功能強(qiáng)大的USB Type - C Alt Mode紅驅(qū)動開關(guān)，在高速數(shù)據(jù)傳輸和信號處理方面具有諸多優(yōu)勢。其豐富的功能和靈活的配置選項(xiàng)，使其能夠滿足不同應(yīng)用場景的需求。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體的設(shè)計(jì)要求和系統(tǒng)環(huán)境，合理選擇配置參數(shù)和布局方式，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢。同時，要注意遵循文檔中提供的電源供應(yīng)和布局建議，確保器件的正常工作和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。你在使用TUSB1146的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。