慧能泰推出高性能USB PD PHY芯片HUSB311

在USB Type-C & PD领域，慧能泰半导体一直领先于国内芯片厂商。国内第一颗USB PD3.0认证协议芯片、国内第一颗USB PD3.0 PPS认证协议芯片、国内第一颗USB PD3.0 eMarker协议芯片均是出自慧能泰。截至目前，慧能泰取得USB PD认证的芯片数量也是国内最多的。随着USB Type-C & PD在手机、笔记本电脑、平板电脑、显示类产品、物联网产品、智能家居、汽车前装等多个领域快速普及，慧能泰半导体不断推出USB PD新品。

近日，慧能泰推出了高性能的USB PD PHY芯片HUSB311。HUSB311也叫USB Type-C端口控制器（Type-C Port Controller，简称TCPC）。HUSB311支持WLCSP-9B和QFN-14L两种封装形式。相对于市场上同类产品，HUSB311具有支持更高的VBUS和CC引脚耐压、兼容更多指令、支持多个I²C地址模式和支持两种不同的封装形式等多个优点。

HUSB311特点总结如下：

●USB PD双重角色(Dual-Role Port)

●支持USB PD3.0和USB TCPCI V1.1

●Host模式、Device模式和DRP模式的插拔检测

●电流能力广播和检测

●线缆类型识别

●支持VCONN

●支持死电池模式

●超低功耗待机模式

●30V VBUS引脚耐压和24V CC引脚耐压

●支持2个I²C通信地址

●支持BIST模式 

●e-fuse烧录模式

●WLCSP-9B (1.35mmx1.4mm)和QFN-14L (2.5mmx2.5mm)两种封装模式

●±2kV HBM ESD

图1显示了HUSB311的WLCSP-9B封装和QFN-14L封装的示意图。图1. HUSB311封装示意图（WLCSP-9B和QFN-14L封装）

图2.给出了HUSB311的典型应用电路图。该电路适用于DRP双重模式下电池的充放电和数据通道控制。应用处理器（AP）或者嵌入式控制器（EC）对HUSB311进行控制，再根据HUSB311的信息，对电池充电器和USB数据开关进行控制。

图2. HUSB311的典型应用框图

图3是HUSB311的评估板EVB_HUSB311ALA照片。该评估板采用HUSB311的QFN-14L封装的型号HUSB311ALA。而WLCSP-9B封装的对应型号为HUSB311ACC。

图3. 评估板EVB_HUSB311ALA的典型应用框图

图4.显示了USB Type-C端口管理器（Type-C Port Manager, 简称TCPM）和三个USB Type-C端口控制器TCPC之间的互连图。它们的工作方模式为：

●TCPM实现USB PD堆栈的Policy Engine和协议层。通过嵌入式控制器可以实现TCPM功能。

●TCPC是一个功能块，除了消息创建之外，它还包含了VBUS和VCONN电源控制、USB Type-C CC逻辑以及USB PD BMC物理层和协议层。根据USB PD规范中定义的时序约束，一个TCPM可用于驱动多个TCPC。

●TCPM和TCPC之间的连接定义为USB Type-C端口控制器接口TCPCI。

相对于普通的USB PD架构，TCPC和TCPM分开的优点在于：

●系统中最有可能需要定制的组件被整合到一个微控制器中，并保留在每个端口专用的芯片之外，使每个系统更容易升级和优化。

●减少每个端口的复杂性和成本，特别是在系统中已经存在适合TCPM的微控制器的情况下。

●TCPC控制器与将来对USB Power Delivery和USB Type-C的升级关联性非常小，芯片供应商可以专注于为堆栈的物理层优化IC。

市场上同类的产品包括FUSB302、RT1715、RT1711和TUSB422等。HUSB311均与它们管脚兼容，TCPM的软件程序相似度也很高。

图4. TCPM和TCPC的连接图

图5.给出了电源适配器和各类设备的连接。电源适配器和各类设备只传输功率，不传输信号。HUSB311可用于各类设备中。如果这些设备是PD Sink only的产品，也可以采用更简单的PD Sink芯片HUSB238。对于PD Source产品，可采用HUSB338, HUSB339, HUSB350, HUSB351, HUSB360, HUSB361等。如果只是支持USB Type-C供电，则可采用HUSB305。USB电子标签芯片HUSB332和HUSB332A支持USB线缆最大5A的电流传输。

图5. 电源适配器和各类设备的连接系统

图6.给出了车载充电器和各类设备的连接。除了功率传输，还可以实现高速数据传输。通过DR Swap指令，Host和Device之间的Data Role可以实现数据模式的DFP/UFP角色切换，但是仍然保持Source和Sink的功率模式不变。USB电子标签芯片HUSB332和HUSB332A支持USB线缆最大5A的电流传输和高速数据传输。

图6. 车载充电器和各类设备的连接

图7.给出了显示器和各类设备的连接。除了功率传输，还可以实现高速数据传输。通过DR Swap指令，Host和Device之间的Data Role可以实现数据模式的DFP/UFP角色互换。通过PR Swap指令，Source和Sink的Power Role功率模式也可以实现互换。USB电子标签芯片HUSB332和HUSB332A支持USB线缆最大5A的电流传输和高速数据传输。

图7. 显示器和各类设备的连接

图8.给出了USB-C转HDMI的Dongle方案。除了HUSB311之外 ，还需要一颗DP to HDMI的转换芯片。

图8. USB-C转HDMI的Dongle方案

图9.给出了汽车前装上应用的双路100W USB PD参考方案。该方案支持100W电源固定或者动态共享的双路USB PD输出。得益于HUSB311支持两个I²C地址，嵌入式控制器可以采用一个I²C总线与两颗HUSB311实现通信。该方案扩展用于BC1.2充电下行端口（CDP）的USB数据通讯，方案的优势很大。

图9. 汽车前装双路100W PD原理框图

责编：Amy  Guan