ZHCAEI7 August 2024 TUSB564-Q1
引言
TUSB564-Q1 是一款汽車級 USB 3.1 5Gbps 交替模式轉(zhuǎn)接驅(qū)動器，旨在通過 USB-C 啟用 DisplayPort 交替模式。該器件可在 DisplayPort 接收端應用中通過 USB-C 接口發(fā)送的 USB 和 DisplayPort 信號之間多路復用。USB 和 DisplayPort 信號振幅通過典型的 FR4 通道衰減，這會限制 5Gbps 和更高數(shù)據(jù)速率下的系統(tǒng)布線長度。具有較大衰減的更長通道會導致 USB 或 DisplayPort 接收器出現(xiàn)信號完整性問題。TUSB564-Q1 用于消除或盡可能降低通道的衰減效應，從而在器件接收器處生成兼容的眼圖。通過應用接收器均衡來補償由于符號間干擾 (ISI) 和插入損耗而產(chǎn)生的線纜或電路板損耗，可以更大限度地減少衰減。TUSB564-Q1 可使用 16 種接收器均衡設置（對于 USB 信號）和 16 種均衡設置（對于 DisplayPort 信號）進行配置。
器件特性
均衡選擇
器件應用中使用的 TUSB564-Q1 使系統(tǒng)能夠通過 USB 3.1 Gen 1 發(fā)送器和接收器合規(guī)性以及 DisplayPort 接收器合規(guī)性測試。TUSB564-Q1 通過應用補償通道損耗的均衡來恢復傳入數(shù)據(jù)，表 1 中提供了典型的 FR4 通道損耗。根據(jù) TUSB564-Q1 接收器（前置通道）之前通道的插入損耗量來確定均衡。USB TX、USB RX 和 DisplayPort RX 的 EQ 值是獨立設置的。通過 EQ、SSEQ 和 DPEQ 引腳配置均衡選擇。表 2 列出了可用于 TUSB564-Q1 的 USB 均衡值。
| FR4 PCB 布線長度（英寸） | 2.5GHz 時的損耗 (dB) |
|---|---|
| 1 | 0.5 |
| 2 | 1 |
| 3 | 1.5 |
| 4 | 2 |
| 5 | 2.5 |
| 6 | 2.9 |
| 7 | 3.4 |
| 8 | 3.9 |
| 9 | 4.4 |
| 10 | 4.9 |
| 11 | 5.4 |
| 12 | 5.9 |
| 13 | 6.4 |
| 14 | 6.9 |
| EQ 設置編號 | USB 3.1 上行端口 | USB 3.1 下行端口 | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| EQ1 | EQ0 | 2.5GHz 時的 EQ 增益 (dB) | SSEQ1 | SSEQ0 | 2.5GHz 時的 EQ 增益 (dB) | |
| 0 | 0 | 0 | -0.7 | 0 | 0 | -0.9 |
| 1 | 0 | R | 1.8 | 0 | R | 0.2 |
| 2 | 0 | F | 2.7 | 0 | F | 1.1 |
| 3 | 0 | 1 | 3.7 | 0 | 1 | 2.2 |
| 4 | R | 0 | 4.6 | R | 0 | 3.0 |
| 5 | R | R | 5.5 | R | R | 4.0 |
| 6 | R | F | 6.3 | R | F | 4.8 |
| 7 | R | 1 | 7.0 | R | 1 | 5.6 |
| 8 | F | 0 | 7.8 | F | 0 | 6.4 |
| 9 | F | R | 8.5 | F | R | 7.0 |
| 10 | F | F | 9.1 | F | F | 7.6 |
| 11 | F | 1 | 9.7 | F | 1 | 8.2 |
| 12 | 1 | 0 | 10.1 | 1 | 0 | 8.7 |
| 13 | 1 | R | 10.7 | 1 | R | 9.2 |
| 14 | 1 | F | 11.1 | 1 | F | 9.7 |
| 15 | 1 | 1 | 11.6 | 1 | 1 | 10.2 |
AUX 監(jiān)測
對于 DisplayPort 交替模式應用，默認情況下 TUSB564-Q1 會監(jiān)測 AUX 線路，以確定傳遞視頻信號時的通道數(shù)。AUX 監(jiān)測有助于在并非所有四個數(shù)據(jù)通道都用于 DisplayPort 數(shù)據(jù)時節(jié)省電力。當 TUSB564-Q1 處于 I2C 模式時，通過在 AUX_SNOOP_DISABLE 寄存器中寫入“1”來禁用 AUX 監(jiān)測。當 AUX 監(jiān)測處于非活動狀態(tài)時，通過 DPx_DISABLE 寄存器（其中 x = 0、1、2 或 3）手動啟用 DisplayPort 通道。
TUSB564-Q1 放置
遵循本文檔中列出的布局指南，TUSB564-Q1 將能夠通過典型的 14 英寸 FR4 布線恢復 USB 設備的信號。此外，從 TUSB564-Q1 到 USB 連接器的 FR4 布線最長可達 5 英寸。這些建議的最大布線長度假定器件提供 -3dB 的去加重功能，并且具有符合要求的接收器，可以減少 USBIF 為 Type-C 電纜和主機/器件預算的 20dB 損耗。通過調(diào)整器件的均衡、去加重和 VOD 設置，可以延長最大布線長度；理想設置由用戶和器件制造商共同決定。相反，如果器件無法以 USBIF 設置的預算損耗量恢復信號，則需要在系統(tǒng)設計（例如器件的放置）方面做出讓步。
圖 1 TUSB564-Q1 最大 USB 布線長度布局示例TUSB564-Q1 配置示例
圖 2 提供了一個器件系統(tǒng)配置示例，該系統(tǒng)使用運行速率為 5Gbps 的 USB3.1 Gen 1 器件和運行速率為 8.1Gbps 的 DisplayPort 1.4 接收端以及 TUSB564-Q1。
使用本示例中給定的布線長度，為 SSTX 和 RX1/2 選擇均衡值的方法是選擇可用的最接近 EQ 增益，以匹配通過連接器、元件和器件封裝產(chǎn)生的布線損耗和額外損耗：
- USB 器件至 TUSB564-Q1 SSTX = 10 英寸 (-4.9dB) + 器件封裝中的典型損耗 + 電容器 (-1.5dB) = -6.4dB 的總損耗。使用的 TUSB564-Q1 SSEQ 設置 = 設置 #8 (6.4dB)。
- Type-C 連接器至 TUSB564-Q1 RX1/RX2 = 5 英寸 (-2.5dB) + 典型連接器損耗 + 元件 (-2dB) = -4.5dB 的總損耗。使用的 TUSB564-Q1 EQ 設置 = 設置 #4 (4.6dB)，使用的 TUSB564-Q1 DPEQ 設置 = 設置 #2 (4.4dB)。
請注意，其他因素（例如布局質(zhì)量、器件發(fā)送器和接收器質(zhì)量）需要調(diào)整 EQ 設置才能獲得出色性能。使用上述方法根據(jù)系統(tǒng)板布線長度選擇初始配置值。
圖 2 器件系統(tǒng)示例布局指南
使用以下布局指南將高速 USB 信號路由至 TUSB564-Q1 以及從 TUSB564-Q1 路由高速 USB 信號。
- 使用受控 90Ω 差分阻抗 (±15%) 布線 RXP/N 和 TXP/N 對。
- 使差分對遠離其他高速信號。
- 將對內(nèi)布線保持在 2mil 以內(nèi)。
- 找到匹配位置附近的差分對長度。
- 每對應至少間隔信號布線寬度的 3 倍。
- 盡量減少使用彎曲的差分布線。使用彎曲時，務必確保左右彎曲數(shù)量盡可能相等，彎曲角度 ≥135o。以這種方式彎曲布線可更大程度地減少由彎曲引起的任何長度不匹配，從而更大程度地減少彎曲對 EMI 的影響。
- 在同一層布線所有差分信號對。
- 將過孔數(shù)量減少到兩個或更少。
- 在靠近地平面的層上保留差分布線。
- 請勿在任何拆分上平面布線差分對。
- 如果使用穿孔連接器，則將高速信號排布在連接器的另一側，以使連接器引腳不會在傳輸線路上產(chǎn)生殘樁。
GND 拼接
整個高速信號布線從發(fā)起到終止必須一直使用相同的 GND 參考平面。如果無法維持相同的 GND 參考平面，則將 GND 平面的過孔拼接在一起，以建立連續(xù)的接地和均勻的阻抗。在信號轉(zhuǎn)換過孔周圍的 200mil（中心距，越靠近越好）內(nèi)對稱地放置這些拼接過孔。有關 GND 拼接過孔的示例，請參閱下文的圖 3。
圖 3 GND 拼接過孔示例交流耦合和電阻放置
放置交流耦合電容器時，最大元件尺寸為 0402。布局期間，在主機或器件通道上，將交流耦合電容器放置在與器件和 TUSB564-Q1 等距的位置。在連接 TUSB564-Q1 通道的連接器上，以對稱方式將交流耦合電容靠近 TUSB564-Q1 放置，以建立出色的信號質(zhì)量并更大限度地減少反射。放置可選的下拉電阻器時，電阻器的焊盤應與高速布線共用，從而盡量減少殘樁。有關最佳交流耦合電容器布局對稱性的示例，請參閱圖 4。
圖 4 交流耦合布局對稱性