Высокоскоростной USB 2.0 OTG-трансивер с ULPI-интерфейсом от компании SMSC
Общее описание: USB3300 высокоскоростной USB2.0 трансивер позволяет работать в индустриальном диапазоне температур. USB3300 использует интерфейс с малым количеством выводов (ULPI интерфейс). ULPI интерфейс сокращает количество выводов с 54 до 12, использую метод передачи сигналов внутри основной полосы и передачу байта состояния между физическим уровнем приемопередатчика и уровнем линка.
Физический уровень изначально разработан с ULPI интерфейсом. Такая структура окружения UTMI к ULPI позволяет получить плавный переход от ULPI к линк интерфейсу. В результате физический уровень трансивера имеет низкое время ожиданияя приема-передачи. ULPI интерфейс позволяет USB3300 использовать как хост или как равноправное устройство (OTG).
Позже планируется использовать USB3300 как устройство, к которому можно добавить хост или OTG без дополнительных выводов. ULPI интерфейс в комбинации с технологиями компании SNSC дает хорошую возможность добавить Hi-Speed USB в новую разработку. И наконец в USB3300 интегрированны DP и DM согласующие резисторы, что минимизирует количество внешних элементов.
Типовая схема подключения
ULPI интерфейс содержит 12 выводов. 8 двунаправленных выводов для передачи данных, 3 вывода контроля и один вывод clockout на 60 MHz. Использую все 12 выводов ULPI интерфейс поддерживает весь диапазон уровней UTMI+, как показано на рисунке 1.2. Это позволяет работать USB3300 как HS, FS перефирийные устройства и как HS, FS, LS хост. Также USB3300, как опция, полностью поддерживает OTG (One-The-Go) протокол.
One-The-Go позволяет функционировать USB3300 как хост или перефирийное устройство, управляемое софтом. Например мобильный телефон может соединяться с компьютером для обмена информацией как перефирийное устройство, или соединяться с принтером как хост для печатанья фотографий. И наконец OTG может действовать как устройство, соединенное с другим OTG для обмена информацией.
Все эти соединентия поддерживаются низкопрофильным мини-AB USB коннектором. Ко всему вышесказаному USB3300 позволяет минимизировать энергопотери, а как следствие увеличить продолжительность службы батарей в переносных устройствах.
Особенности ULPI интерфейса при взаимодействии с UTMI+ (рис. 1.2)
USB3300 высокоинтегрированное устройство на физическом уровне, включает в себя Hi-Speed USB2.0 PHY с ULPI интерфейсом. Ниже приведена общая блок-схема устройства. Более подробное описание архитектуры устройства и кажного функционального узла можно узнать из документации в формате PDF на сайте производителя.
Описание выводов: USB3300 выпускается в 32-pin QFN корпусе размером 5 x 5 x 0.9 mm. Ниже приведена схема расположения выводов.
Описание выводов: | ||||
Pin | Наименование | Тип | Активный уровень | Описание |
1 | GND | Ground | Не определен | Ground |
2 | GND | Ground | Не определен | Ground |
3 | CPEN | Выход CMOS | Высокий | Выход питания 5 вольт. Используется для питания внешних устройств, может быть свободным от перефирийных усстройств. |
4 | VBUS | I/O Analog | Не определен | VBUS pin USB кабеля. Вывод используется для сравнения входного и напряжения пульсаций Vbus во время сессии обмена протокола |
5 | ID | Input, Analog | Не определен | ID pin USB кабеля. Для non-OTG приложений вывод не используется и остается свободным. Для A-device ID=0, для B-device ID=1 |
6 | VDD3.3 | Power | Не определен | Напряжение питания 3.3 В. Необходим гасящий конденсатор 0.1 мкФ между этим выводом и общим проводом на печатной плате. |
7 | DP | I/O Analog | Не определен | D+ pin USB кабеля. |
8 | DM | I/O Analog | Не определен | D- pin USB кабеля. |
9 | RESET | Input, CMOS | Высокий | Сигнал сброса RESET. Аналогичен записи в UPLI Reset по адресу 04h,bit 5. Не сбрасывает при этом установки регистра UPLI. Сигнал должен быть синхронизирован с CLKOUT. Вывод включает согласующий резистор. Если вывод не используется, то остается свободным или соединяется с GND (рекомендуется) |
10 | EXTVBUS | Input, CMOS | Высокий | Внешний Vbus детектор. Сединяется с внешним выходом питания или компаратором внешнего USB устройства. Вывод включает согласующий резистор. |
11 | NXT | Output, CMOS | Высокий | NXT - управляет передачей данных от Link к PHY. Когда Link посылает данные к PHY NXT отмечает что байт был принят, в следующий цикл Link размещает следующий байт |
12 | DIR | Output, CMOS | Не определен | Контроль направления передачи данных. Когда PHY передает данные Link DIR hight управляет шиной данных, когда такой передачи данных нет DIR low и шина данных ожидает команду от Link. |
13 | STP | Input, CMOS | Высокий | STP - управляет передачей данных от Link к PHY. Если Link посылает данные к PHY STP отмечает последний байт данных в предыдущем цикле. STP также включает интерфейс защиты. |
14 | CLKOUT | Output, CMOS | Не определен | Сигнал 60 Мгц. Все ULPI сигналы синхронизируются с ним. |
15 | VDD1.8 | Power | Не определен | Выход с регулятора 1.8 В для питания CMOS. Необходим гасящий конденсатор 0.1 мкФ между этим выводом и общим проводом на печатной плате. Соединяется с выводом 26 |
16 | VDD3.3 | Power | Не определен | Напряжение питания 3.3 В. Необходим гасящий конденсатор 0.1 мкФ между этим выводом и общим проводом на печатной плате. |
17 | DATA7 | I/O CMOS | Не определен | 8-bit двунаправленная шина данных. Управление определяется сигналом DIR. Link и PHY начинают передачу данных в случае наличия отличных от нулевых данных на шине. ULPI определяет временные рамки передачи данных в соответствии с CLKOUT |
18 | DATA6 | I/O CMOS | Не определен | |
19 | DATA5 | I/O CMOS | Не определен | |
20 | DATA4 | I/O CMOS | Не определен | |
21 | DATA3 | I/O CMOS | Не определен | |
22 | DATA2 | I/O CMOS | Не определен | |
23 | DATA1 | I/O CMOS | Не определен | |
24 | DATA0 | I/O CMOS | Не определен | |
25 | VDD3.3 | Power | Не определен | Напряжение питания 3.3 В. Необходим гасящий конденсатор 0.1 мкФ между этим выводом и общим проводом на печатной плате. |
26 | VDD1.8 | Power | Не определен | Выход с регулятора 1.8 В для питания CMOS, соединяется с выводом 15. Необходимо рядом с выводом разместить конденсатор 4.7 мкФ и соеденить его с общим проводом на печатной плате. |
27 | XO | Output, Analog | Не определен | Кварц на 24 Мгц для внутренего генератора. Если используется внешний генератор вывод остается свободным. |
28 | XI | Input, Analog | Не определен | Кварц на 24 Мгц для внутренего генератора. К этому выводу можно подсоеденить внешний источник 24 Мгц |
29 | VDDA1.8 | Power | Не определен | Выход с регулятора 1.8 В для питания Analog. Необходимо рядом с выводом разместить параллельно конденсатор 4.7 мкФ и 0.1 мкФ и соеденить их с общим проводом на печатной плате. |
30 | VDD3.3 | Power | Не определен | Напряжение питания 3.3 В для питания Analog. Необходим гасящий конденсатор 0.1 мкФ между этим выводом и общим проводом на печатной плате. |
31 | REG_EN | I/O CMOS | Не определен | Включение встроеного регулятора напряжения. Для запуска регулятора должен быть соединен с выводом 30. Если регулятор не задействован, должен быть соединен с GND. Если регулятор не задействован, VDDA1.8 и VDD1.8 должны быть соеденены между собой. |
32 | RBIAS | CMOS, Analog | Не определен | Внешний резистор смещения 12 кОм ±1% |
- | GND plag | Ground | Не определен | Эта площадка должна быть соединена с GND |
Эксплуатационные характеристики: | ||||||
Предельные значения | ||||||
Параметр | Символ | Условия | min | typ | max | Ед. изм. |
Максимальное значение (по отношению к GND) VBUS, ID, EXTVBUS, DP, DM | Vmax_5V | -0.5 | 5.5 | V | ||
Максимальное значение (по отношению к GND) VDDA1.8 и VDD1.8 | Vmax_1.8V | -0.5 | 2.5 | V | ||
Максимальное значение (по отношению к GND) напряжения питания 3.3V | Vmax_3.3V | -0.5 | 4.0 | V | ||
Максимальное значение (по отношению к GND) напряжения I/O | Vmax_IN | -0.5 | 4.0 | V | ||
Температура окружающей среды | Tmax_OP | -40 | +85 | °C | ||
Температура хранения | Tmax_STG | -55 | +150 | °C | ||
ESD характеристика для всех выводов | VHBM | Допускается соприкосновение с человеческим телом | ±8 | kV | ||
LATCH-UP характеристика для всех выводов | VLATCH-UP | EIA/JESD 78, Class II | 150 | mA | ||
Рекомендованные рабочие значения | ||||||
VDD3.3 по отношению к GND | VDD3.3 | 3.0 | 3.3 | 3.6 | V | |
Входное напряжение на цифровых выводах | VI | 0.0 | VDD3.3 | V | ||
Напряжение на аналоговых I/O выводах | VI( I/O) | 0.0 | VDD3.3 | V | ||
VBUS по отношению к GND | VVBUS | 0.0 | 5.25 | V | ||
Температура окружающей среды | TA | -40 | +85 | °C |
Электрические характеристики (выводы питания) при стандартных условиях | ||||||
Параметр | Символ | Условия | typ | max | Ед. изм. | |
Ток в неопределенном состоянии устройства | IAVG(UCFG) | Состояние не определено | Такой же, как в состоянии покоя | mA | ||
Ток покоя FS 3.3V | IAVG(FS33) | FS в состоянии покоя, нет приема-передачи данных | 18.8 | 21.9 | mA | |
Ток покоя FS 1.8V | IAVG(FS18) | FS в состоянии покоя, нет приема-передачи данных | 36.4 | 43.2 | mA | |
Ток передачи FS 3.3V | IAVG(FSTX33) | FS во время передачи данных | 36.0 | 41.6 | mA | |
Ток передачи FS 1.8V | IAVG(FSTX18) | FS во время передачи данных | 36.8 | 43.2 | mA | |
Ток приема FS 3.3V | IAVG(FSRX33) | FS во время приема данных | 22.5 | 27.0 | mA | |
Ток приема FS 1.8V | IAVG(FSRX18) | FS во время приема данных | 36.7 | 43.4 | mA | |
Ток покоя HS 3.3V | IAVG(HS33) | HS в состоянии покоя, нет приема-передачи данных | 22.1 | 25.4 | mA | |
Ток покоя HS 1.8V | IAVG(HS18) | HS в состоянии покоя, нет приема-передачи данных | 38.7 | 45.6 | mA | |
Ток передачи HS 3.3V | IAVG(HSTX33) | HS во время передачи данных | 25.4 | 29.0 | mA | |
Ток передачи HS 1.8V | IAVG(HSTX18) | HS во время передачи данных | 39.1 | 46.2 | mA | |
Ток приема HS 3.3V | IAVG(HSRX33) | HS во время приема данных | 23.0 | 26.6 | mA | |
Ток приема HS 1.8V | IAVG(HSRX18) | HS во время приема данных | 39.6 | 46.8 | mA | |
Режим энергосбережения 3.3V | IDD(LPM33) | Резисторы смещения на VBUS выключены | 59.4 | uA | ||
Режим энергосбережения 1.8V | IDD(LPM18) | Резисторы смещения на VBUS выключены | 25.5 | uA |
Электрические характеристики | ||||||
Параметр | Символ | Условия | min | typ | max | Ед. изм. |
Время восстановления CLKOUT после остановки | TSTART | 2.25 | 3.5 | ms | ||
Электрические характеристики (Logic pin) | ||||||
Низкий уровень входного сигнала | VIL | VSS | 0.8 | V | ||
Высокий уровень входного сигнала | VIH | 2.0 | VDD3.3 | V | ||
Низкий уровень выходного сигнала | VOL | IOL=8 mA | 0.4 | V | ||
Высокий уровень выходного сигнала | VOH | IOH=-8 mA | VDD3.3-0.4 | V | ||
Входной ток утечки | ILI | ±10 | uA | |||
Емкость выводов | Cpin | 4 | pF | |||
Электрические характеристики (Analog I/O pin, DP/DM) | ||||||
Входные уровни, FS | ||||||
Дифференциальный прием, входная чувствительность | VDIFS | |V(DP)-V(DM)| | 0.2 | V | ||
Дифференциальный прием, синфазный сигнал | VCMFS | 0.8 | 2.5 | V | ||
Single-ended прием, низкий уровень входного сигнала | VILSE | 0.8 | V | |||
Single-ended прием, высокий уровень входного сигнала | VIHSE | 2.0 | V | |||
Single-ended прием, гистерезис | VHYSSE | 0.050 | 0.150 | V | ||
Выходные уровни, FS | ||||||
Низкий уровень выходного напряжения | VFSOL | Pull-up (to VDD) DP резистор RL=1.5 k | 0.3 | V | ||
Высокий уровень выходного напряжения | VFSOH | Pull-down (to GND) DP, DM резистор RL=15 k | 2.8 | 3.6 | V | |
Завершение работы | ||||||
Полное выходное сопротивление для HS и FS | ZHSDRV | Драйвер в устойчивом состоянии | 40.5 | 45 | 49.5 | Ù |
Полное входное сопротивление | ZINP | TX, RPU не задействованы | 1 | MΩ | ||
Полное сопротивление на pull-up резисторе | ZPU | Шина bus не работает | 0.900 | 1.24 | 1.575 | kΩ |
ZPURX | Работает на прием | 1.425 | 2.26 | 3.09 | kΩ | |
ZPD | 14.25 | 15.0 | 15.75 | kΩ | ||
Входные уровни, HS | ||||||
Дифференциальный прием, входная чувствительность | VDIHS | |V(DP)-V(DM)| | 100 | mV | ||
Передача данных, синфазный сигнал | VCMHS | -50 | 500 | mV | ||
Определение порога шумоподавления | VHSSQ | Порог шумоподавления | 100 | mV | ||
Порог возникновение шумов | 150 | mV | ||||
Выходные уровни, HS | ||||||
Низкий уровень выходного напряжения (DP/DM связаны с GND) | VHSOL | Нагрузка 45 Ω | -10 | 10 | mV | |
Высокий уровень выходного напряжения (DP/DM связаны с GND) | VHSOH | Нагрузка 45 Ω | 360 | 440 | mV | |
Уровень IDLE выходного напряжения (DP/DM связаны с GND) | VOLHS | Нагрузка 45 Ω | -10 | 10 | mV | |
Линейно частотно-модулированный сигнал J, выходной уровень | VCHIRPJ | HS согласующий резистор отключен .Pull-up (нагрузочный) резистор включен. Нагрузка 45 Ω | 700 | 1100 | mV | |
Линейно частотно-модулированный сигнал K, выходной уровень | VCHIRPK | HS согласующий резистор отключен .Pull-up (нагрузочный) резистор включен. Нагрузка 45 Ω | -900 | -500 | mV | |
Ток утечки в выключенном состоянии | ILZ | ±10 | uA | |||
Входная емкость выводов | CIN | PIN to GND | 5 | 10 | pF |
Динамические характеристики аналоговых I/O выводов: Время нарастания FS сигнала (TFSR) и время спада FS сигнала (TFFF) при емкости нагрузки 50 pF находится в пределах от 4 до 20 ns. Минимальное время нарастания (THSR) и спада (THSF) HS сигнала составляет 500 ps. Форма сигнала при этом должна соответствовать USB2.0 спецификации.
OTG электрические характеристики | ||||||
Параметр | Символ | Условия | min | typ | max | Ед. изм. |
Граничное значение SessEnd | VSessEnd | 0.2 | 0.5 | 0.8 | V | |
Граничное значение SessVld | VSessVld | 0.8 | 1.4 | 2.0 | V | |
Граничное значение VBUSVld | VVBUSVld | 4.4 | 4.58 | 4.75 | V | |
VBUS Pull-up | RVBUSPu | VBUS to VDD3.3 | 281 | 340 | Ù | |
VBUS Pull-down | RVBUSPd | VBUS to GND | 656 | 850 | Ù | |
VBUS импеданс | RVBUS | VBUS to GND | 40 | 75 | 100 | kΩ |
ID pull-up сопротивление | RIDpull-up | IDpull-up=1 | 80 | 100 | 120 | kΩ |
RID | IDpull-up=0 | 1 | MΩ | |||
STP pull-up сопротивление | RSTP | Защита интерфейса выключена | 240 | 330 | 600 | kΩ |
Электрические характеристики регулятора напряжения: Напряжение на выводе VDDA1.8 во включенном состоянии (SuspendM=1) имеет типовое значение 1.8 V (1.6V - минимальное, 2.0V - максимальное). В выключенном сосоянии (SuspendM=0) VDDA1.8=0. Номинальное напряжение VDD1.8 составляет 1.8 V (1.6V и 2.0V соответственно минимальное и максимальное)
Архитектура устройства (ниже представлена упрощенная блок-схема). Подробное описание каждого функционального узла доступно на на сайте производителя
Руководство по применению. На рисунке ниже приведена стандартная схема применения.
Типовая схема применения