電子工程師必看：TUSB9261-Q1 USB 3.0 到 SATA 橋接器深度解析

在當(dāng)今的電子設(shè)備設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群头€(wěn)定性至關(guān)重要。TUSB9261-Q1 作為一款專為汽車應(yīng)用打造的 USB 3.0 到 SATA 橋接器，能夠?qū)?SATA 設(shè)備與 USB 3.0 總線完美連接，為數(shù)據(jù)傳輸提供了高效、穩(wěn)定的解決方案，在汽車、外部存儲設(shè)備等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。下面我將從多個(gè)方面對 TUSB9261-Q1 進(jìn)行詳細(xì)介紹。

文件下載：TUSB9261IPAPRQ1.pdf

一、TUSB9261-Q1 的特點(diǎn)

1. 汽車級應(yīng)用資質(zhì)

TUSB9261-Q1 經(jīng)過了汽車應(yīng)用的嚴(yán)格認(rèn)證，符合 AEC - Q100 標(biāo)準(zhǔn)，這意味著它能夠在汽車復(fù)雜的環(huán)境中穩(wěn)定工作，為汽車電子設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸提供可靠保障。

2. 集成強(qiáng)大核心

它集成了 ARM Cortex M3 核心，具備強(qiáng)大的處理能力，能夠高效地處理 USB 和 SATA 之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和傳輸任務(wù)。同時(shí)，還支持從 EEPROM 通過 SPI 接口加載可定制的應(yīng)用代碼，為開發(fā)者提供了更多的靈活性。

3. 出色的 ESD 防護(hù)

該芯片的設(shè)備 CDM ESD 分類達(dá)到 C3 級，能夠有效抵御靜電放電的干擾，保護(hù)芯片免受損壞，提高了設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。

4. 豐富的接口支持

• USB 接口：集成收發(fā)器，支持 SS/HS/FS 信號，同時(shí)支持多種 USB 類協(xié)議，如 USB 附加 SCSI 協(xié)議（UASP）、USB 大容量存儲類批量傳輸（BOT）和 USB 人機(jī)接口設(shè)備（HID）等，滿足不同設(shè)備的連接需求。
• SATA 接口：支持 Serial ATA 規(guī)范修訂版 2.6 的 gen1 和 gen2 數(shù)據(jù)速率，最高可達(dá) 3.0 Gbps，并且支持熱插拔功能，方便用戶隨時(shí)連接和斷開 SATA 設(shè)備。

5. 靈活的用戶配置

提供多達(dá) 5 個(gè)通用輸入輸出（GPIO）引腳，用戶可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行配置，實(shí)現(xiàn)各種自定義功能。同時(shí)，還具備串行通信接口（UART）用于調(diào)試，方便開發(fā)者進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試和故障排查。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

1. 汽車領(lǐng)域

在汽車電子系統(tǒng)中，TUSB9261-Q1 可以用于連接外部存儲設(shè)備，如車載硬盤、U盤等，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速傳輸和存儲。同時(shí)，它還可以為汽車娛樂系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)等提供穩(wěn)定的數(shù)據(jù)支持。

2. 外部存儲設(shè)備

對于外部 HDD/SSD、外部 DVD 等存儲設(shè)備，TUSB9261-Q1 能夠?qū)⑺鼈兣c計(jì)算機(jī)的 USB 接口連接，實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸。此外，基于 HDD 的便攜式媒體播放器也可以使用該芯片，提升用戶的使用體驗(yàn)。

三、工作原理

1. 啟動(dòng)與固件加載

TUSB9261-Q1 的 ROM 中包含引導(dǎo)代碼，在全局復(fù)位后，引導(dǎo)代碼會執(zhí)行，嘗試從連接的 SPI 閃存存儲器中加載固件鏡像到本地 RAM。如果沒有連接 SPI 閃存存儲器或其中沒有有效的鏡像，固件會進(jìn)入空閑狀態(tài)，等待通過 HID 接口從 USB 主機(jī)接收連接請求，用戶可以使用自定義應(yīng)用程序或驅(qū)動(dòng)程序從主機(jī)系統(tǒng)加載固件。

2. 設(shè)備配置

• SATA 配置：固件加載完成后，會配置 SATA 高級主機(jī)控制器接口（AHCI）主機(jī)總線適配器。首先進(jìn)行端口復(fù)位，啟動(dòng) AHCI 鏈路層的帶外（OOB）TX 序列，以確定是否有 SATA 設(shè)備連接，并與設(shè)備協(xié)商連接速度（3.0 Gbps 或 1.5 Gbps）。之后，查詢設(shè)備的功能并進(jìn)行相應(yīng)的配置。如果沒有連接 SATA 設(shè)備，固件會將 USB 接口配置為支持 SATA 熱插拔事件的可移動(dòng)媒體設(shè)備。
• USB 配置：對 USB 設(shè)備控制器進(jìn)行配置，包括創(chuàng)建描述符、配置設(shè)備端點(diǎn)以支持 UASP 和 USB 大容量存儲類批量傳輸，分配內(nèi)存用于傳輸請求塊（TRBs），并創(chuàng)建必要的 TRBs 以在 USB 上傳輸和接收數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)。此外，還會根據(jù)具體應(yīng)用需求進(jìn)行自定義配置。

3. 連接與數(shù)據(jù)傳輸

當(dāng)檢測到 VBUS 時(shí)，固件會將設(shè)備連接到 USB 總線。根據(jù) USB 3.0 規(guī)范，TUSB9261-Q1 會首先嘗試以 SuperSpeed USB 模式連接，如果成功則進(jìn)入 U0 狀態(tài)；否則，在訓(xùn)練超時(shí)后，會啟用 DP 上拉電阻，根據(jù)主機(jī)或集線器端口支持的速度，以 USB 2.0 高速或全速模式連接。連接成功后，固件將 BOT 接口作為主接口，UASP 接口作為次接口，如果主機(jī)支持 UASP，可通過 SET_INTERFACE 請求啟用 UASP 接口。

四、引腳與電氣特性

1. 引腳分配

TUSB9261-Q1 采用 64 引腳 HTQFP 封裝，其引腳涵蓋了時(shí)鐘、復(fù)位、SATA 接口、USB 接口、SPI 接口、JTAG、GPIO、PWM 以及電源和接地等多種類型的信號。不同引腳具有不同的功能，例如 GRSTz 引腳用于全局電源復(fù)位，XI 和 XO 引腳用于連接晶體或外部振蕩器等。

2. 電氣特性

• 電源電壓：支持 1.1V（VDD）、3.3V（VDD33）和 3.3V 模擬電源（VDDA33），在不同的電源電壓下，芯片能夠穩(wěn)定工作。
• 信號電壓范圍：各接口信號的電壓范圍有所不同，如 USB 2.0 DP/DM、SuperSpeed USB TXP/M 和 RXP/M、SATA TXP/M 和 RXP/M 等信號的電壓范圍為 -0.3V 至 3.8V，XI/XO 信號的電壓范圍為 -0.3V 至 1.98V 等。
• 電流特性：在不同的工作模式下，芯片的電流消耗也有所不同。例如，在 SuperSpeed USB 模式下，VDD11 的典型活動(dòng)電流為 291mA，典型暫停電流為 153mA；VDD33 的典型活動(dòng)電流為 65mA，典型暫停電流為 28mA。

五、時(shí)鐘連接與配置

1. 時(shí)鐘源要求

TUSB9261 - Q1 支持外部振蕩器源或晶體單元。當(dāng)使用外部振蕩器時(shí)，XI 應(yīng)連接到 1.8V 時(shí)鐘源，XO 浮空，VSSOSC 連接到 PCB 接地平面；當(dāng)使用晶體時(shí)，需要遵循特定的連接準(zhǔn)則，如盡量縮短 XI 和 XO 的走線長度，遠(yuǎn)離開關(guān)信號，減小它們之間的電容，VSSOSC 不連接到 PCB 接地。

2. 時(shí)鐘源選擇

• 振蕩器：可使用 20MHz、25MHz、30MHz 或 40MHz 的時(shí)鐘，其輸入電容、高低電平輸入電壓、頻率公差、占空比、上升/下降時(shí)間以及參考時(shí)鐘抖動(dòng)等都有相應(yīng)的規(guī)格要求。
• 晶體：若使用晶體源，應(yīng)使用 20pF 的并聯(lián)負(fù)載電容，同樣可使用 20MHz、25MHz、30MHz 或 40MHz 的晶體，晶體的振蕩模式、振蕩頻率、等效串聯(lián)電阻、頻率公差、負(fù)載電容等也有具體的參數(shù)要求。

六、總結(jié)

TUSB9261 - Q1 作為一款功能強(qiáng)大的 USB 3.0 到 SATA 橋接器，憑借其豐富的特性、廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域、清晰的工作原理、合理的引腳和電氣特性以及靈活的時(shí)鐘配置，為電子工程師在設(shè)計(jì)汽車和外部存儲設(shè)備等方面提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師們需要根據(jù)具體的設(shè)計(jì)需求，合理選擇時(shí)鐘源，正確配置引腳和電氣參數(shù)，以確保 TUSB9261 - Q1 能夠發(fā)揮出最佳性能。大家在使用 TUSB9261 - Q1 進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，有沒有遇到過什么特別的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。