ZHCAEI7 August 2024 TUSB564-Q1
引言
TUSB564-Q1 是一款汽车级 USB 3.1 5Gbps 交替模式转接驱动器，旨在通过 USB-C 启用 DisplayPort 交替模式。该器件可在 DisplayPort 接收端应用中通过 USB-C 接口发送的 USB 和 DisplayPort 信号之间多路复用。USB 和 DisplayPort 信号振幅通过典型的 FR4 通道衰减，这会限制 5Gbps 和更高数据速率下的系统布线长度。具有较大衰减的更长通道会导致 USB 或 DisplayPort 接收器出现信号完整性问题。TUSB564-Q1 用于消除或尽可能降低通道的衰减效应，从而在器件接收器处生成兼容的眼图。通过应用接收器均衡来补偿由于符号间干扰 (ISI) 和插入损耗而产生的线缆或电路板损耗，可以更大限度地减少衰减。TUSB564-Q1 可使用 16 种接收器均衡设置（对于 USB 信号）和 16 种均衡设置（对于 DisplayPort 信号）进行配置。
器件特性
均衡选择
器件应用中使用的 TUSB564-Q1 使系统能够通过 USB 3.1 Gen 1 发送器和接收器合规性以及 DisplayPort 接收器合规性测试。TUSB564-Q1 通过应用补偿通道损耗的均衡来恢复传入数据，表 1 中提供了典型的 FR4 通道损耗。根据 TUSB564-Q1 接收器（前置通道）之前通道的插入损耗量来确定均衡。USB TX、USB RX 和 DisplayPort RX 的 EQ 值是独立设置的。通过 EQ、SSEQ 和 DPEQ 引脚配置均衡选择。表 2 列出了可用于 TUSB564-Q1 的 USB 均衡值。
| FR4 PCB 布线长度（英寸） | 2.5GHz 时的损耗 (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 设置编号 | USB 3.1 上行端口 | USB 3.1 下行端口 | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| EQ1 | EQ0 | 2.5GHz 时的 EQ 增益 (dB) | SSEQ1 | SSEQ0 | 2.5GHz 时的 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 监测
对于 DisplayPort 交替模式应用，默认情况下 TUSB564-Q1 会监测 AUX 线路，以确定传递视频信号时的通道数。AUX 监测有助于在并非所有四个数据通道都用于 DisplayPort 数据时节省电力。当 TUSB564-Q1 处于 I2C 模式时，通过在 AUX_SNOOP_DISABLE 寄存器中写入“1”来禁用 AUX 监测。当 AUX 监测处于非活动状态时，通过 DPx_DISABLE 寄存器（其中 x = 0、1、2 或 3）手动启用 DisplayPort 通道。
TUSB564-Q1 放置
遵循本文档中列出的布局指南，TUSB564-Q1 将能够通过典型的 14 英寸 FR4 布线恢复 USB 设备的信号。此外，从 TUSB564-Q1 到 USB 连接器的 FR4 布线最长可达 5 英寸。这些建议的最大布线长度假定器件提供 -3dB 的去加重功能，并且具有符合要求的接收器，可以减少 USBIF 为 Type-C 电缆和主机/器件预算的 20dB 损耗。通过调整器件的均衡、去加重和 VOD 设置，可以延长最大布线长度；理想设置由用户和器件制造商共同决定。相反，如果器件无法以 USBIF 设置的预算损耗量恢复信号，则需要在系统设计（例如器件的放置）方面做出让步。
图 1 TUSB564-Q1 最大 USB 布线长度布局示例TUSB564-Q1 配置示例
图 2 提供了一个器件系统配置示例，该系统使用运行速率为 5Gbps 的 USB3.1 Gen 1 器件和运行速率为 8.1Gbps 的 DisplayPort 1.4 接收端以及 TUSB564-Q1。
使用本示例中给定的布线长度，为 SSTX 和 RX1/2 选择均衡值的方法是选择可用的最接近 EQ 增益，以匹配通过连接器、元件和器件封装产生的布线损耗和额外损耗：
- USB 器件至 TUSB564-Q1 SSTX = 10 英寸 (-4.9dB) + 器件封装中的典型损耗 + 电容器 (-1.5dB) = -6.4dB 的总损耗。使用的 TUSB564-Q1 SSEQ 设置 = 设置 #8 (6.4dB)。
- Type-C 连接器至 TUSB564-Q1 RX1/RX2 = 5 英寸 (-2.5dB) + 典型连接器损耗 + 元件 (-2dB) = -4.5dB 的总损耗。使用的 TUSB564-Q1 EQ 设置 = 设置 #4 (4.6dB)，使用的 TUSB564-Q1 DPEQ 设置 = 设置 #2 (4.4dB)。
请注意，其他因素（例如布局质量、器件发送器和接收器质量）需要调整 EQ 设置才能获得出色性能。使用上述方法根据系统板布线长度选择初始配置值。
图 2 器件系统示例布局指南
使用以下布局指南将高速 USB 信号路由至 TUSB564-Q1 以及从 TUSB564-Q1 路由高速 USB 信号。
- 使用受控 90Ω 差分阻抗 (±15%) 布线 RXP/N 和 TXP/N 对。
- 使差分对远离其他高速信号。
- 将对内布线保持在 2mil 以内。
- 找到匹配位置附近的差分对长度。
- 每对应至少间隔信号布线宽度的 3 倍。
- 尽量减少使用弯曲的差分布线。使用弯曲时，务必确保左右弯曲数量尽可能相等，弯曲角度 ≥135º。以这种方式弯曲布线可更大程度地减少由弯曲引起的任何长度不匹配，从而更大程度地减少弯曲对 EMI 的影响。
- 在同一层布线所有差分信号对。
- 将过孔数量减少到两个或更少。
- 在靠近地平面的层上保留差分布线。
- 请勿在任何拆分上平面布线差分对。
- 如果使用穿孔连接器，则将高速信号排布在连接器的另一侧，以使连接器引脚不会在传输线路上产生残桩。
GND 拼接
整个高速信号布线从发起到终止必须一直使用相同的 GND 参考平面。如果无法维持相同的 GND 参考平面，则将 GND 平面的过孔拼接在一起，以建立连续的接地和均匀的阻抗。在信号转换过孔周围的 200mil（中心距，越靠近越好）内对称地放置这些拼接过孔。有关 GND 拼接过孔的示例，请参阅下文的图 3。
图 3 GND 拼接过孔示例交流耦合和电阻放置
放置交流耦合电容器时，最大元件尺寸为 0402。布局期间，在主机或器件通道上，将交流耦合电容器放置在与器件和 TUSB564-Q1 等距的位置。在连接 TUSB564-Q1 通道的连接器上，以对称方式将交流耦合电容靠近 TUSB564-Q1 放置，以建立出色的信号质量并更大限度地减少反射。放置可选的下拉电阻器时，电阻器的焊盘应与高速布线共用，从而尽量减少残桩。有关最佳交流耦合电容器布局对称性的示例，请参阅图 4。
图 4 交流耦合布局对称性