探索Microchip USB7216C：6端口USB 3.2 Gen 2 Type - C控制器集線器

一、引言

在當(dāng)今數(shù)字化時(shí)代，USB設(shè)備的應(yīng)用無處不在，對(duì)于高性能、多功能的USB集線器的需求也日益增長。Microchip的USB7216C就是這樣一款具有卓越性能和豐富特性的6端口USB 3.2 Gen 2 Type - C控制器集線器，它為嵌入式USB應(yīng)用提供了強(qiáng)大的解決方案。

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二、產(chǎn)品亮點(diǎn)

2.1 端口配置豐富

USB7216C擁有6個(gè)下游端口，其中下游端口1支持原生USB Gen 2 Type - C，另外還有3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)USB 3.2 Gen 2下游端口和2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)USB 2.0下游端口。這種多樣化的端口配置能夠滿足不同設(shè)備的連接需求，無論是高速數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備還是傳統(tǒng)的USB 2.0設(shè)備，都能在該集線器上找到合適的接口。

2.2 功能特性強(qiáng)大

• USB Link Power Management（LPM）支持：有助于降低功耗，提高設(shè)備的能源效率，延長設(shè)備的續(xù)航時(shí)間。
• 固件編程：可以從USB主機(jī)將固件映像編程到外部SPI內(nèi)存設(shè)備，方便進(jìn)行系統(tǒng)的更新和升級(jí)。
• 電池充電支持：下游端口支持USB - IF電池充電器修訂版1.2（DCP、CDP、SDP），還能對(duì)大多數(shù)流行的電池供電設(shè)備進(jìn)行充電，包括蘋果便攜式產(chǎn)品充電器仿真、中國YD/T 1591 - 2006/2009充電器仿真以及歐盟通用移動(dòng)充電器支持等。
• 增強(qiáng)的OEM配置選項(xiàng)：可通過OTP或外部SPI內(nèi)存進(jìn)行配置，為OEM廠商提供了高度的定制化空間。

2.3 封裝與溫度范圍

采用100引腳（12mm x 12mm）VQFN RoHS合規(guī)封裝，并且支持商業(yè)和工業(yè)級(jí)溫度范圍，適用于不同的應(yīng)用環(huán)境。

三、目標(biāo)應(yīng)用

USB7216C適用于多種場景，如獨(dú)立USB集線器、筆記本電腦擴(kuò)展塢、PC主板、PC顯示器擴(kuò)展塢以及多功能USB 3.2 Gen 2外設(shè)等。這些應(yīng)用場景都對(duì)USB集線器的性能和功能有較高的要求，而USB7216C正好能夠滿足這些需求。

四、關(guān)鍵優(yōu)勢

4.1 高速數(shù)據(jù)傳輸

完全符合USB 3.2 Gen 2標(biāo)準(zhǔn)，支持10 Gbps、5 Gbps、480 Mbps、12 Mbps和1.5 Mbps的操作速度，能夠滿足不同設(shè)備的高速數(shù)據(jù)傳輸需求。同時(shí)，其5V耐受的USB 2.0引腳和1.21V耐受的USB 3.2 Gen 2引腳，以及集成的終端和上拉/下拉電阻，保證了信號(hào)的穩(wěn)定傳輸。

4.2 原生USB Type - C支持

• 集成Rp和Rd電阻：Type - C CC引腳集成了Rp和Rd電阻，簡化了電路設(shè)計(jì)。
• 集成多路復(fù)用器：在支持USB Type - C的端口上集成了多路復(fù)用器，在檢測到有效的Type - C連接之前，USB 3.2 Gen 2 PHYs會(huì)被禁用，從而節(jié)省空閑功耗，同時(shí)還能控制外部VCONN電源。

4.3 電池充電能力

支持在所有端口對(duì)大多數(shù)流行的電池供電設(shè)備進(jìn)行充電，提供了多種充電配置文件，滿足不同設(shè)備的充電需求。

4.4 片上微控制器

• 信號(hào)管理：能夠管理I/O、VBUS和其他信號(hào)，確保設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。
• 內(nèi)存配置：擁有96kB RAM、256kB ROM和8kB一次性可編程（OTP）ROM，還包括片上電荷泵，為設(shè)備的運(yùn)行提供了充足的資源。

4.5 靈活的配置選項(xiàng)

• 多種配置方式：可通過OTP內(nèi)存、SPI外部內(nèi)存或SMBus進(jìn)行配置編程，方便用戶根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行定制。
• FlexConnect功能：上游和所有下游端口的角色可以通過命令進(jìn)行反轉(zhuǎn)，提供了靈活的連接選項(xiàng)。
• Multi - Host Endpoint Reflector：集成了主機(jī)控制器端點(diǎn)反射器，適用于汽車應(yīng)用，通過CDC/NCM設(shè)備類實(shí)現(xiàn)USB數(shù)據(jù)在兩個(gè)USB主機(jī)之間的“鏡像”。
• USB橋接功能：支持USB到I2C、SPI、I2S和GPIO的橋接，方便與其他設(shè)備進(jìn)行通信。
• PortSwap功能：可對(duì)USB 2.0差分對(duì)信號(hào)進(jìn)行可配置的交換，避免PCB上USB差分信號(hào)的不均勻走線長度或交叉問題。
• PHYBoost功能：可編程的USB收發(fā)器驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度，有助于恢復(fù)信號(hào)完整性，提高信號(hào)傳輸質(zhì)量。
• VariSense功能：可編程的USB接收靈敏度，允許設(shè)備在次優(yōu)的系統(tǒng)環(huán)境中正常運(yùn)行，例如使用 captive USB電纜時(shí)。
• USB Power Delivery Billboard Device支持：內(nèi)部端口可以枚舉為Power Delivery Billboard設(shè)備，將Power Delivery Alternate Mode協(xié)商失敗的情況傳達(dá)給主機(jī)。

4.6 系統(tǒng)兼容性

兼容Microsoft Windows 10、8、7、XP，Apple OS X 10.4 +和Linux集線器驅(qū)動(dòng)，具有廣泛的系統(tǒng)兼容性。

4.7 低功耗與散熱優(yōu)化

經(jīng)過優(yōu)化，具有低功耗運(yùn)行和低熱耗散的特點(diǎn)，能夠保證設(shè)備在長時(shí)間運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性。

五、引腳描述

5.1 引腳分配

USB7216C采用100 - VQFN封裝，引腳分配詳細(xì)且合理。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，需要注意配置帶下劃線符號(hào)名稱的配置帶，當(dāng)連接負(fù)載時(shí)，這些信號(hào)需要使用外部電阻進(jìn)行增強(qiáng)。同時(shí)，熱焊盤需要連接到VSS。

5.2 引腳復(fù)位狀態(tài)

不同的引腳在復(fù)位時(shí)具有不同的狀態(tài)，如AI（模擬輸入）、AIO（模擬輸入/輸出）、AO（模擬輸出）、PD（硬件啟用下拉）、PU（硬件啟用上拉）、Y（硬件啟用功能）、Z（硬件禁用輸出驅(qū)動(dòng)器，高阻抗）等。在設(shè)計(jì)過程中，需要根據(jù)引腳的復(fù)位狀態(tài)進(jìn)行合理的電路設(shè)計(jì)。

5.3 引腳詳細(xì)描述

文檔中對(duì)各種引腳的功能、緩沖類型以及未使用時(shí)的處理方式都進(jìn)行了詳細(xì)的說明。例如，USB 3.2 Gen 2接口的引腳在未使用時(shí)，部分需要浮空，部分需要弱下拉到GND；SPI接口的引腳在啟用SPI接口時(shí)，需要按照特定的要求進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和連接；USB Type - C連接器控制相關(guān)引腳在未使用時(shí)，部分需要弱下拉到GND，并且有些引腳在特定條件下可以不使用。

六、總結(jié)

Microchip的USB7216C是一款功能強(qiáng)大、性能卓越的6端口USB 3.2 Gen 2 Type - C控制器集線器。它的豐富端口配置、強(qiáng)大的功能特性、靈活的配置選項(xiàng)以及良好的系統(tǒng)兼容性，使其在多種應(yīng)用場景中都能發(fā)揮出色的作用。對(duì)于電子工程師來說，在設(shè)計(jì)USB相關(guān)的產(chǎn)品時(shí)，USB7216C是一個(gè)值得考慮的優(yōu)秀選擇。大家在實(shí)際應(yīng)用中，是否遇到過類似產(chǎn)品在某些特定場景下的特殊需求呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和想法。