EZ - PD? CCG7DC：雙端口 USB - C 電源傳輸與 DC - DC 控制器深度解析

在當(dāng)今的電子設(shè)備充電領(lǐng)域，多端口、高功率密度以及高兼容性的充電解決方案需求日益增長。Infineon 的 EZ - PD? CCG7DC 雙端口 USB - C 電源傳輸與 DC - DC 控制器應(yīng)運而生，為多端口消費充電應(yīng)用提供了高度集成的解決方案。今天，我們就來深入了解一下這款產(chǎn)品。

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一、產(chǎn)品概述

EZ - PD? CCG7DC 是一款高度集成的雙端口 USB Type - C 電源傳輸（PD）解決方案，集成了升降壓控制器。它符合最新的 USB Type - C 和 PD 規(guī)范，目標(biāo)應(yīng)用為多端口消費充電場景。其集成特性不僅減少了物料清單（BOM），還提供了優(yōu)化的占位面積，以支持更高功率密度的設(shè)計。

該控制器支持 4V 至 24V 的寬輸入電壓范圍（可承受 40V 電壓），以及 150kHz 至 600kHz 的可編程開關(guān)頻率。同時，它還集成了 VBUS NFET 的柵極驅(qū)動器，并在 VBUS 上具備硬件控制的保護(hù)功能。

在可編程性方面，CCG7DC 是一款極具優(yōu)勢的 USB - PD 解決方案。它搭載了片上 32 位 Arm? Cortex? - M0 處理器、128KB 閃存、16KB RAM 和 32KB ROM，為用戶應(yīng)用留出了大量的閃存空間。此外，它還集成了各種模擬和數(shù)字外設(shè)，如 ADC、PWM 和定時器，允許實現(xiàn)自定義系統(tǒng)管理功能，如動態(tài)負(fù)載共享和溫度監(jiān)測。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

1. 點煙器適配器（CLA）

在汽車環(huán)境中，點煙器適配器可以利用 CCG7DC 為移動設(shè)備、平板電腦或筆記本電腦充電。當(dāng)無負(fù)載連接到 USB Type - C 端口時，CCG7DC 會進(jìn)入待機(jī)模式，不開啟升降壓控制器，從而降低功耗。

2. 多端口 AC - DC 充電器和適配器

多端口充電器需要高效地管理多個設(shè)備的充電需求。CCG7DC 可以與連接的設(shè)備協(xié)商功率，并利用集成的升降壓控制器提供所需的電壓和電流，實現(xiàn)多設(shè)備的同時充電。

三、產(chǎn)品特性

1. USB - PD 特性

• 雙端口支持：支持兩個 USB - PD 端口，滿足多設(shè)備同時充電的需求。
• 最新規(guī)范支持：支持最新的 USB - PD 3.0 版本 2.0，包括可編程電源（PPS）模式，以及擴(kuò)展數(shù)據(jù)消息（EDM）。

2. Type - C 特性

• 可配置電阻：支持可配置的電阻 RP 和 RD，用于實現(xiàn)連接檢測、插頭方向檢測以及 USB 源/匯角色的建立。
• VBUS NFET 柵極驅(qū)動器：集成了 VBUS NFET 柵極驅(qū)動器，方便控制 VBUS 路徑。
• VCONN 電源供應(yīng)與控制：集成了 100mW 的 VCONN 電源供應(yīng)和控制功能。

3. 雙升降壓控制器特性

• 寬開關(guān)頻率范圍：開關(guān)頻率范圍為 150kHz 至 600kHz，可根據(jù)應(yīng)用需求進(jìn)行靈活調(diào)整。
• 寬輸入電壓范圍：輸入電壓范圍為 5.5V 至 24V，可承受 40V 電壓，輸出電壓范圍為 3.3V 至 21.5V。
• PPS 高精度控制：在 PPS 模式下，支持 20mV 的電壓和 50mA 的電流步進(jìn)，實現(xiàn)精確的電源控制。
• 節(jié)能模式支持：支持可選的脈沖跳過模式（PSM）和強(qiáng)制連續(xù)導(dǎo)通模式（FCCM），可根據(jù)負(fù)載情況優(yōu)化效率。
• 軟啟動功能：具備軟啟動功能，減少啟動時的電流沖擊。
• 低 EMI 設(shè)計：支持可編程的擴(kuò)頻時鐘，降低電磁干擾（EMI）。

4. 其他特性

• 多種充電協(xié)議支持：支持 QC4 +、QC4.0、三星 AFC、蘋果 2.4A 和 BC v1.2 等多種充電協(xié)議。
• 電壓和電流保護(hù)：集成了電壓（VBUS）調(diào)節(jié)和電流檢測放大器（CSA），具備過壓保護(hù)（OVP）、過流保護(hù)（OCP）、欠壓保護(hù)（UVP）和 VBUS 到 CC 短路保護(hù)等功能。
• 豐富的外設(shè)和接口：包含 19 個 GPIO、兩個過壓 GPIO、3 個 8 位 ADC、4 個 16 位定時器/計數(shù)器/PWM（TCPWM）以及 4 個 SCB（I2C/SPI/UART）通信接口。
• 集成振蕩器：集成振蕩器，無需外部時鐘，簡化了設(shè)計。
• 寬電源范圍：輸入電壓范圍為 4V 至 24V（可承受 40V），輸出電壓范圍為 3.3V 至 21.5V，集成了能夠提供 5V @ 150mA 的 LDO。
• 工業(yè)級封裝：采用 68 引腳 QFN（8mm × 8mm）封裝，工作溫度范圍為 - 40°C 至 + 105°C，適用于工業(yè)環(huán)境。

四、功能模塊詳解

1. MCU 子系統(tǒng)

• CPU：采用 32 位 Arm? Cortex? - M0 處理器，針對低功耗操作進(jìn)行了優(yōu)化，大部分使用 16 位指令，執(zhí)行 Thumb - 2 指令集的子集。它還包含硬件乘法器，可在一個周期內(nèi)提供 32 位結(jié)果，并具備中斷控制器和喚醒中斷控制器，可從深度睡眠模式喚醒處理器。
• 存儲：擁有 128KB 閃存和 32KB ROM 用于非易失性存儲，ROM 存儲認(rèn)證庫和設(shè)備驅(qū)動程序，為用戶應(yīng)用留出大量閃存空間。16KB RAM 用于存儲系統(tǒng)變量和參數(shù)的臨時狀態(tài)。

2. USB PD 子系統(tǒng)

• 物理層：包含 USB PD 物理層塊和支持電路，通過 CC 通道按照 PD 3.0 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行 BMC 編碼數(shù)據(jù)的半雙工通信。支持 PPS 操作，在未連接（待機(jī)）狀態(tài)下支持硬件控制的 Rp 電阻，以降低待機(jī)功耗。
• VCONN 開關(guān)：內(nèi)部 LDO 電壓調(diào)節(jié)器可為電子標(biāo)記電纜組件（EMCA）、VCONN 供電設(shè)備（VPD）和 VCONN 供電附件提供 100mW 的 VCONN 電源。具備過流保護(hù)功能，在 VCONN 電流超過 OCP 限制時，可在用戶配置的重試次數(shù)后關(guān)閉 Type - C 端口。
• 保護(hù)功能：對 VBUS 進(jìn)行欠壓、過壓、過流和短路保護(hù)，故障閾值和響應(yīng)時間可配置。在發(fā)生故障時，可在用戶配置的重試次數(shù)后關(guān)閉 Type - C 端口。

3. 升降壓子系統(tǒng)

• 電流檢測：采用高端（逐周期）CSA 進(jìn)行峰值電流檢測，通過外部 5mΩ 電阻實現(xiàn)。具備斜率補償功能，避免內(nèi)部電流環(huán)的次諧波振蕩，并提供電流限制比較器。
• 柵極驅(qū)動：提供四個 N 溝道 MOSFET 柵極驅(qū)動器，包括兩個浮動高端柵極驅(qū)動器和兩個接地參考低端驅(qū)動器。高端和低端柵極驅(qū)動器的驅(qū)動強(qiáng)度可編程。
• 誤差放大器和 PWM：包含兩個誤差放大器用于輸出電壓和電流調(diào)節(jié)，PWM 塊生成控制信號，具備多種可編程選項，支持 PSM 和 FCCM 模式。

4. 升降壓控制器操作區(qū)域

根據(jù)輸入電壓和輸出電壓的關(guān)系，CCG7DC 可工作在降壓、升壓、降壓 - 升壓區(qū)域 1 和降壓 - 升壓區(qū)域 2 等不同區(qū)域。同時，支持可編程的開關(guān)頻率和擴(kuò)頻時鐘，以滿足不同應(yīng)用的需求。

5. 模擬和數(shù)字塊

• ADC：擁有三個 8 位 SAR ADC，可用于通用 A - D 轉(zhuǎn)換應(yīng)用。
• 串行通信塊（SCB）：四個 SCB 塊可配置為 I2C、SPI 或 UART，支持多主仲裁，具備靈活的緩沖選項。
• 定時器和 PWM：TCPWM 塊支持四個定時器或計數(shù)器或脈沖寬度調(diào)制器，可用于內(nèi)部定時器或提供基于 PWM 的功能。

6. I/O 子系統(tǒng)

• GPIO：擁有 19 個 GPIO，具備八種驅(qū)動強(qiáng)度模式、輸入閾值選擇、輸入和輸出禁用控制、保持模式和可選的壓擺率控制等功能。
• 中斷功能：每個 I/O 引腳可產(chǎn)生中斷，每個 I/O 端口都有中斷請求（IRQ）和中斷服務(wù)程序（ISR）向量。

7. 系統(tǒng)資源

• 看門狗定時器：具備看門狗定時器，可在深度睡眠期間運行，在超時前未服務(wù)時產(chǎn)生看門狗復(fù)位。
• 復(fù)位系統(tǒng)：可通過多種源進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位原因記錄在寄存器中，方便軟件確定復(fù)位原因。
• 時鐘系統(tǒng)：具備完全集成的時鐘，無需外部晶體，可提供時鐘給所有需要時鐘的子系統(tǒng)，并在不同時鐘源之間切換。

五、電源子系統(tǒng)

• 電源輸入：電源子系統(tǒng)從 4V 至 24V 的 VIN 電源供電，VDDD 引腳為 5V LDO 輸出，可用于為外部負(fù)載供電，最大電流為 150mA。
• 欠壓鎖定（UVLO）：支持 UVLO 功能，當(dāng)輸入電壓低于可靠水平時，設(shè)備將關(guān)閉，保證設(shè)備運行的可預(yù)測性。
• 電源模式：具備活動（ACTIVE）和深度睡眠（DEEPSLEEP）兩種電源模式，電源系統(tǒng)管理模式之間的轉(zhuǎn)換。

六、引腳信息

CCG7DC 擁有眾多引腳，用于連接外部元件和實現(xiàn)各種功能。詳細(xì)了解每個引腳的功能和連接要求對于正確設(shè)計電路至關(guān)重要。例如，SW1_0 引腳為端口 0 降壓高端柵極驅(qū)動器的負(fù)電源軌，LG1_0 引腳為端口 0 降壓低端柵極驅(qū)動器輸出等。在設(shè)計時，需要根據(jù)引腳的功能和要求，合理選擇連接方式和布線，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能。

七、編程與引導(dǎo)加載

有兩種方式可將應(yīng)用固件編程到 CCG7DC 設(shè)備中：通過 SWD 接口編程設(shè)備閃存和通過特定接口（CC、I2C）進(jìn)行應(yīng)用固件更新。在開發(fā)或產(chǎn)品制造過程中，通常通過 SWD 接口進(jìn)行編程。英飛凌提供了 MiniProg3 和 MiniProg4 等編程套件，方便用戶進(jìn)行編程和調(diào)試。在大規(guī)模生產(chǎn)前，建議使用 EZ - PD? 配置實用程序關(guān)閉通過 CC 或 I2C 接口的應(yīng)用固件更新功能，以防止未經(jīng)授權(quán)的固件更新。

八、應(yīng)用案例

1. 點煙器適配器（CLA）

在點煙器適配器應(yīng)用中，CCG7DC 始終處于 DFP 角色，支持設(shè)備充電。它與連接的設(shè)備協(xié)商功率，并使用集成的升降壓控制器提供所需的電壓和電流。當(dāng)無負(fù)載連接時，CCG7DC 處于待機(jī)模式，不開啟升降壓控制器，降低功耗。

2. 多端口 AC - DC 電源適配器

在多端口 AC - DC 電源適配器應(yīng)用中，CCG7DC 同樣處于 DFP 角色，與連接的設(shè)備協(xié)商功率，使用集成的降壓控制器提供所需的電壓和電流。通過動態(tài)控制光耦反饋，可優(yōu)化效率，調(diào)節(jié)降壓輸入電壓以接近輸出電壓。該應(yīng)用還可配置為支持 BC1.2 DCP、高通 QC2.0/3.0、蘋果充電和三星 AFC 等多種充電協(xié)議。

九、電氣規(guī)格

文檔中詳細(xì)列出了 CCG7DC 的電氣規(guī)格，包括絕對最大額定值、設(shè)備級規(guī)格、數(shù)字外設(shè)規(guī)格、系統(tǒng)資源規(guī)格等。這些規(guī)格對于正確使用和設(shè)計 CCG7DC 至關(guān)重要。例如，絕對最大額定值規(guī)定了設(shè)備的最大輸入電壓、最大電流、最大溫度等參數(shù)，超過這些參數(shù)可能會縮短設(shè)備的使用壽命。在設(shè)計過程中，必須確保設(shè)備在規(guī)定的電氣規(guī)格范圍內(nèi)工作，以保證系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

十、訂購信息與封裝

1. 訂購信息

EZ - PD? CCG7DC 有特定的訂購代碼，如 CYPD7271 - 68LQXQ，代表雙端口 USB - C PD AC - DC 電源適配器/點煙器適配器（CLA）應(yīng)用，采用 Rp 終端電阻，為 DFP 角色，開關(guān)頻率范圍為 150kHz - 600kHz，封裝類型為 68 引腳 QFN。

2. 封裝

采用 68 引腳 QFN（8mm × 8mm）封裝，工作溫度范圍為 - 40°C 至 + 105°C。封裝具有特定的熱特性和焊接要求，如最大峰值溫度為 260°C，在峰值溫度 ± 5°C 范圍內(nèi)的最大時間為 30 秒等。

綜上所述，EZ - PD? CCG7DC 是一款功能強(qiáng)大、集成度高、靈活性強(qiáng)的雙端口 USB - C 電源傳輸與 DC - DC 控制器。它為多端口消費充電應(yīng)用提供了全面的解決方案，能夠滿足不同用戶的需求。作為電子工程師，在設(shè)計多端口充電產(chǎn)品時，CCG7DC 無疑是一個值得考慮的選擇。希望通過本文的介紹，能讓大家對 CCG7DC 有更深入的了解，在實際設(shè)計中能夠充分發(fā)揮其優(yōu)勢。

大家在使用 CCG7DC 過程中遇到過哪些問題或者有什么獨特的應(yīng)用經(jīng)驗?zāi)兀繗g迎在評論區(qū)分享交流。