FT245BQ USB FIFO：實現(xiàn)高效數(shù)據(jù)傳輸?shù)睦?/h1>

在電子設(shè)計領(lǐng)域，數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝院头€(wěn)定性至關(guān)重要。FTDI推出的FT245BQ USB FIFO（USB - Parallel）I.C. 為工程師們提供了一個出色的解決方案，可實現(xiàn)外設(shè)與主機PC之間的數(shù)據(jù)快速傳輸。今天，我們就來深入了解一下這款芯片。

文件下載：FT245BQ-REEL.pdf

芯片概述

FT245BQ是FTDI第二代USB FIFO I.C.的無鉛版本。它在繼承前作FT8U245AM優(yōu)點的基礎(chǔ)上，增加了額外功能，減少了外部組件數(shù)量，同時保持了與原產(chǎn)品的高度引腳兼容性，這使得現(xiàn)有設(shè)計的升級和成本降低變得輕而易舉，也為其在新應(yīng)用領(lǐng)域的使用提供了更多可能。

強大特性

硬件特性

• 高速數(shù)據(jù)傳輸：使用D2XX驅(qū)動時，數(shù)據(jù)傳輸速率可達1M Byte / Sec；使用VCP驅(qū)動時，傳輸速率為300 Kilobyte / Sec。
• 簡單接口：通過4線握手接口，能輕松與MCU、PLD、FPGA邏輯進行連接。
• 免USB固件編程：芯片內(nèi)部處理整個USB協(xié)議，無需進行特定的USB固件編程。
• 大容量FIFO緩沖區(qū)：配備384 Byte FIFO Tx緩沖區(qū)和128 Byte FIFO Rx緩沖區(qū)，確保高數(shù)據(jù)吞吐量。
• 優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸：通過SI引腳支持“Send Immediate”功能，進一步優(yōu)化數(shù)據(jù)吞吐量。
• 電源管理：支持USB Suspend / Resume，可通過PWREN#引腳控制高功率USB總線供電設(shè)備，還具備可調(diào)節(jié)的RX緩沖區(qū)超時功能。
• 集成功能：集成了電平轉(zhuǎn)換器、3.3V穩(wěn)壓器、上電復(fù)位電路和6MHz - 48Mhz時鐘乘法器PLL。
• 多種數(shù)據(jù)傳輸模式：支持USB Bulk或Isochronous數(shù)據(jù)傳輸模式，新的Bit - Bang模式允許數(shù)據(jù)總線作為8位通用IO端口使用。
• 電源兼容性：支持4.35V至5.25V單電源操作，與UHCI / OHCI / EHCI主機控制器和USB 1.1、USB 2.0兼容。
• EEPROM可編程：USB VID、PID、序列號和產(chǎn)品描述字符串可存儲在外部EEPROM中，并可通過USB進行編程。
• 小巧封裝：采用緊湊的5 x 5 mm無鉛RoHS兼容QFN32封裝。

驅(qū)動支持

支持多種操作系統(tǒng)的VCP和D2XX驅(qū)動，包括Windows、MAC OS、Linux等，為不同平臺的開發(fā)提供了便利。

應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

FT245BQ適用于多種應(yīng)用場景，如MCU / PLD / FPGA與USB的接口、傳統(tǒng)外設(shè)設(shè)計升級到USB、USB儀器儀表、USB工業(yè)控制、USB音頻和低帶寬視頻數(shù)據(jù)傳輸、PDA與USB數(shù)據(jù)傳輸、USB MP3播放器接口、USB閃存卡讀寫器、機頂盒PC - USB接口、USB數(shù)碼相機接口、USB硬件調(diào)制解調(diào)器和USB無線調(diào)制解調(diào)器等。

增強功能亮點

與前代產(chǎn)品相比，F(xiàn)T245BQ進行了多項重要改進：

• 集成上電復(fù)位電路：新增內(nèi)部POR功能，提供新的復(fù)位輸出引腳RSTOUT#，為外部MCU和其他設(shè)備提供穩(wěn)定的復(fù)位信號。
• 集成RCCLK電路：將原本需要的外部RC電路集成到芯片內(nèi)部，對應(yīng)的引腳現(xiàn)在作為TEST引腳，正常工作時應(yīng)接地。
• 集成電平轉(zhuǎn)換器：新的VCCIO引腳使芯片能夠直接與3.3V和其他邏輯系列接口，無需外部電平轉(zhuǎn)換IC。
• 電源管理控制：新增PWREN#信號，可用于控制外部電路的電源開關(guān)，同時在電源關(guān)閉時可使FIFO接口線輕輕下拉，確保外部電路可靠復(fù)位。
• Send Immediate / WakeUp信號：單個引腳集成了兩種功能，可在USB suspend模式下喚醒主機PC，也可優(yōu)化USB傳輸速度。
• 低暫停電流：通過集成RCCLK和內(nèi)部設(shè)計改進，將USB suspend模式下的暫停電流降低到典型值100uA以下。
• 支持USB等時傳輸：通過EEPROM中的選項位，支持USB等時傳輸，適用于對調(diào)度延遲有較高要求的應(yīng)用。
• 可編程FIFO TX緩沖區(qū)超時：TX緩沖區(qū)超時時間可通過USB進行編程，范圍為1ms至255ms，以適應(yīng)不同協(xié)議的需求。
• 寬松的VCC去耦：芯片內(nèi)部集成了一定程度的VCC去耦，提高了PCB設(shè)計的便利性，滿足FCC、CE和其他EMI相關(guān)規(guī)范。
• Bit Bang模式：新的Bit Bang模式允許FIFO數(shù)據(jù)線在FIFO接口模式和8位并行IO端口之間切換，為應(yīng)用開發(fā)帶來更多可能性。
• 減少外部支持組件：取消了RCCLK RC網(wǎng)絡(luò)和大部分應(yīng)用中的外部復(fù)位電路，以及EECS上的100K上拉電阻。
• 擴展EEPROM支持：支持93C56和93C66類型的EEPROM，為外部MCU / 邏輯提供更多存儲空間。
• USB 2.0（全速選項）：通過EEPROM選項，可返回USB 2.0設(shè)備描述符，實現(xiàn)12Mb/s的全速傳輸。
• 多設(shè)備支持：在不使用EEPROM時，多個設(shè)備可同時連接到同一臺PC。

功能模塊解析

3.3V LDO穩(wěn)壓器

為USB收發(fā)器單元輸出緩沖器提供3.3V參考電壓，同時為RSTOUT#引腳提供電源，也可為外部3.3V邏輯提供不超過5mA的電流。

USB收發(fā)器

提供USB 1.1 / USB 2.0全速物理接口，輸出驅(qū)動器具有3.3V電平轉(zhuǎn)換率控制信號，差分接收器和兩個單端接收器用于檢測USB數(shù)據(jù)、SEO和USB復(fù)位條件。

USB DPLL

鎖定輸入的NRZI USB數(shù)據(jù)，為SIE模塊提供恢復(fù)的時鐘和數(shù)據(jù)信號。

6MHz振蕩器

使用外部6MHz晶體或陶瓷諧振器產(chǎn)生6MHz參考時鐘輸入到x8時鐘乘法器。

x8時鐘乘法器

將6MHz輸入轉(zhuǎn)換為12MHz參考時鐘，為SIE、USB協(xié)議引擎和FIFO控制器模塊提供時鐘，同時產(chǎn)生48MHz參考時鐘供USB DPLL使用。

串行接口引擎（SIE）

實現(xiàn)USB數(shù)據(jù)的并行到串行和串行到并行轉(zhuǎn)換，執(zhí)行位填充/去填充和CRC5 / CRC16生成/檢查。

USB協(xié)議引擎

管理設(shè)備USB控制端點的數(shù)據(jù)流，處理USB主機控制器生成的低級USB協(xié)議請求和控制FIFO功能參數(shù)的命令。

FIFO接收緩沖區(qū)（128字節(jié)）

存儲從USB主機通過USB數(shù)據(jù)輸出端點發(fā)送到FIFO的數(shù)據(jù)，可通過RD#讀取。

FIFO發(fā)送緩沖區(qū)（384字節(jié)）

存儲使用WR#寫入FIFO的數(shù)據(jù)，主機通過發(fā)送USB請求從設(shè)備數(shù)據(jù)輸入端點讀取數(shù)據(jù)。

FIFO控制器

處理外部FIFO接口引腳與FIFO發(fā)送和接收緩沖區(qū)之間的數(shù)據(jù)傳輸。

復(fù)位生成器

在上電時為設(shè)備內(nèi)部電路提供可靠的上電復(fù)位信號，RESET#輸入和RSTOUT#輸出可用于與其他設(shè)備進行復(fù)位交互。

EEPROM接口

可使用外部93C46（93C56或93C66）EEPROM自定義FT245BQ的USB VID、PID、序列號、產(chǎn)品描述字符串和電源描述符值，還可控制遠程喚醒、等時傳輸模式、電源關(guān)閉時的軟下拉和USB 2.0描述符模式等參數(shù)。

引腳說明

FT245BQ的引腳分為多個組，包括FIFO數(shù)據(jù)總線組、FIFO控制接口組、USB接口組、EEPROM接口組、電源控制組、雜項信號組和電源與地組。每個引腳都有其特定的功能和使用要求，在設(shè)計時需要仔細考慮。

配置示例

振蕩器配置

可使用3引腳陶瓷諧振器或6MHz晶體/2引腳陶瓷諧振器，不同配置需要注意負(fù)載電容和電阻的選擇，以確保振蕩器的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

EEPROM配置

將FT245BQ與93C46（93C56或93C66）EEPROM連接時，需要注意引腳連接和數(shù)據(jù)沖突的問題，同時要選擇合適的EEPROM類型和配置。

USB總線供電和自供電配置

USB總線供電設(shè)備需要滿足特定的電流要求，可通過PWREN#引腳控制功率，使用鐵氧體磁珠防止噪聲輻射。自供電設(shè)備則需要注意避免向USB總線強制供電，可通過連接RSTOUT#和控制RESET#引腳來實現(xiàn)。

3.3V邏輯接口配置

在與3.3V邏輯設(shè)備接口時，需要選擇合適的穩(wěn)壓器，確保滿足USB暫停電流要求。在某些情況下，也可使用FT245BQ的內(nèi)置穩(wěn)壓器。

功率控制配置

可使用P - 通道邏輯電平MOSFET或?qū)Ｓ霉β书_關(guān)IC來控制外部邏輯電路的電源，同時需要注意軟啟動電路的使用和相關(guān)配置選項。

微控制器接口配置

通過MCU的IO端口與FT245BQ進行數(shù)據(jù)傳輸和狀態(tài)監(jiān)測，可根據(jù)需要連接SI / WU和PWREN#引腳。

總結(jié)

FT245BQ USB FIFO芯片憑借其豐富的功能、出色的性能和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，為電子工程師提供了一個強大而可靠的解決方案。無論是在傳統(tǒng)外設(shè)設(shè)計升級還是新興應(yīng)用開發(fā)中，它都能發(fā)揮重要作用。在實際設(shè)計中，工程師們需要根據(jù)具體需求合理選擇配置，充分發(fā)揮芯片的優(yōu)勢，實現(xiàn)高效、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸。你在使用類似芯片時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。