TUSB8042四端口USB 3.1 1代集線器：特性、應用與設計指南

在電子設備不斷發(fā)展的今天，USB接口的應用越來越廣泛，對USB集線器的需求也日益增長。TUSB8042作為一款四端口USB 3.1 1代集線器，為電子工程師提供了強大的功能和豐富的應用場景。今天，我們就來深入了解一下TUSB8042的特性、應用以及設計要點。

文件下載：tusb8042.pdf

一、TUSB8042特性概覽

1. 端口連接能力

TUSB8042在上行端口可提供同步超快速和高速/全速USB連接，下行端口則可提供超快速、高速、全速或者低速USB連接。不過，當上行端口連接到僅支持高速或全速/低速連接的電氣環(huán)境中時，下行端口上的超快速USB連接將會禁用；若上行端口僅支持全速/低速連接，下行端口的超快速USB和高速連接都將被禁用。

2. 電池充電支持

該器件支持多種電池充電模式，具有很強的靈活性。在未連接或未配置上行端口時，支持D+/D - 分頻器充電端口（ACP1、ACP2和ACP3）；未連接上行端口時，支持自動模式在DCP或ACP模式之間切換，還支持Galaxy充電。同時，它提供充電下行端口（CDP）模式（上行端口已連接）和專用充電端口（DCP）模式（上行端口未連接），其中DCP模式符合中國電信行業(yè)標準YD/T 1591 - 2009。

3. USB 2.0集線器特性

它是一個多事務轉換器（MTT）集線器，擁有四個事務轉換器，且每個事務轉換器具有兩個異步端點緩沖器。

4. 其他特性

支持用作USB 3.1 1代或者USB 2.0復合器件；支持每端口或成組電源開關以及過流通知輸入；支持四個外部下行端口；支持讀取和寫入I2C的供應商請求，并且在100k和400k（默認）條件下支持EEPROM讀?。籌2C主機支持時鐘拉伸；可使用一次性可編程（OTP）ROM、串行EEPROM或I2C/SMBus受控接口進行自定義配置，包括VID和PID、端口定制、生產(chǎn)商和產(chǎn)品字串（OTP ROM不支持）、序列號（OTP ROM不支持）；可使用引腳選擇、EEPROM或I2C/SMBus從機接口選擇應用特性；提供128位通用唯一標識符（UUID）；單時鐘輸入，24MHz晶振或者振蕩器；下行端口僅可對USB 2.0進行配置；采用64引腳QFN封裝（RGC），商用版的工作溫度范圍為0°C至70°C。

二、TUSB8042的應用場景

TUSB8042可應用于多種需要額外USB端口的場景，如計算機系統(tǒng)、擴展塢、監(jiān)視器和機頂盒等。以筆記本電腦為例，有些筆記本可能只有兩個下游USB端口，使用TUSB8042后，可將下游端口數(shù)量增加到五個，大大擴展了設備的連接能力。

三、TUSB8042設計要點

1. 電源供應

• TUSB8042電源供應：$V{DD}$和$VDD33$應分別實現(xiàn)為單個電源平面。$V{DD}$為TUSB8042核心提供1.1 V（標稱）電源，可通過鐵氧體磁珠與其他電源軌隔離以減少噪聲。需注意鐵氧體磁珠的直流電阻對器件電壓的影響，可調(diào)整核心電壓調(diào)節(jié)器輸出或選擇低直流電阻（小于0.05 Ω）的磁珠。$VDD33$為TUSB8042的I/O提供3.3 V電源軌，同樣可通過鐵氧體磁珠隔離。所有電源軌都需要10 μF或1 μF電容來保證穩(wěn)定性和抗噪性，小的去耦電容應盡量靠近TUSB8042電源引腳放置。
• 下游端口電源：下游端口電源VBUS必須由能夠提供5V和每個端口高達900 mA的電源提供。下游端口電源開關可由TUSB8042信號控制，也可一直開啟。每個下游端口的VBUS需要一個22 μF或更大的大容量低ESR電容來限制浪涌電流。USB下游端口連接的VBUS引腳上的鐵氧體磁珠推薦使用，以用于ESD和EMI防護。
• 接地設計：建議在設計中僅使用一個電路板接地平面，為信號走線提供最佳鏡像平面。TUSB8042的散熱片和任何電壓調(diào)節(jié)器應通過過孔連接到該平面。為了EMI和ESD目的，在USB端口連接器附近的不同平面上實現(xiàn)接地或底盤接地。

2. 引腳配置與功能

文檔詳細列出了TUSB8042各個引腳的名稱、編號、輸入/輸出類型和描述，包括時鐘和復位信號、USB上游信號、USB下游信號、I2C/SMBUS信號、測試和雜項信號以及電源和接地信號等。例如，GRSTz引腳用于全局電源復位，XI和XO引腳用于時鐘輸入和輸出等。工程師在設計時需要根據(jù)實際需求正確連接和配置這些引腳。

3. 布局設計

布局準則

• 元件放置：9.53K +/-1%電阻應盡可能靠近TUSB8042的USB_R1引腳；每個VDD和VDD33電源引腳附近應放置0.1 μF電容；SSTXP和SSTXM網(wǎng)絡上的100 nF電容應靠近USB連接器；ESD和EMI保護器件應靠近USB連接器；如果使用晶體，應盡可能靠近TUSB8042的XI和XO引腳；電壓調(diào)節(jié)器應遠離TUSB8042、晶體和差分對；與每個電源軌相關的大容量電容應靠近電壓調(diào)節(jié)器放置。
• 封裝特定要求：TUSB8042封裝的引腳間距為0.5 mm，有一個6.0-mm x 6.0-mm的散熱片，必須通過過孔系統(tǒng)連接到地；除連接到散熱片的過孔外，器件下方的所有過孔都應進行阻焊處理。
• 差分對布局：差分對（如USB_DP_XX、USB_DM_XX、USB_SSTXP_XX等）的設計應滿足90 Ω ±10%的差分阻抗要求；為減少串擾，高速信號應相互遠離，每對之間應至少間隔5倍信號走線寬度，也可使用接地隔離；所有差分對應在同一層上靠近實心接地平面布線；避免在差分對走線中使用過孔，若必須使用，應確保同一對信號使用相同類型和位置的過孔；差分對走線應盡量短，SS差分對信號和USB 2.0差分對信號的最大推薦走線長度為八英寸；匹配差分對走線的蝕刻長度，SS差分對信號與其互補信號之間的長度差應小于5 mils，USB 2.0差分對的相對走線長度差不應超過50 mils。

布局示例

文檔提供了上游端口和下游端口的布局示例，為工程師在實際設計中提供了參考。

四、總結

TUSB8042以其豐富的特性和廣泛的應用場景，成為電子工程師在設計USB集線器時的一個不錯選擇。在設計過程中，需要充分考慮電源供應、引腳配置和布局設計等要點，以確保TUSB8042能夠穩(wěn)定、高效地工作。同時，工程師還可以根據(jù)具體的應用需求，利用TUSB8042的可定制特性，實現(xiàn)個性化的設計。

大家在使用TUSB8042的過程中，有沒有遇到過一些特殊的問題或者有什么獨特的設計思路呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。