简介
CH334、CH335是符合 USB2.0 协议规范的高性能MTT 4 端口 USB2.0 HUB 控制器芯片,高ESD特性,工业级设计,外围精简,覆盖QFN、SOP和LQFP等封装形式。可应用于计算机和工控机主板、 外设、 嵌入式系统等。
功能及选型参考
常见问题解答
一:电源设计
常见问题:5V和VDD33引脚如何选择输入?3.3V供电如何设计?
芯片内部是有LDO的,常规5V供电V5是输入引脚,LDO产生内部所需3.3V电压从VDD33输出,当使用3.3V供电时,直接从VDD33接入3.3并与V5引脚短接,此时LDO不工作。板载用户有3.3V的条件下建议用3.3V,功耗也会更低。
设计总结及建议如下:
芯片的V5脚输入5V电源的时候,芯片的VDD33只需要外部短接,然后接退耦电容到地即可。
如果V5管脚输入3.3V电压,那么芯片的VDD33脚也需要外部给3.3V电源并连接退耦电容。(对于CH334X,仅支持3.3V供电)
电容选择:VDD33 引脚的对地电容需贴近芯片放置,兼 LDO 输出的主 VDD33 (靠近V5的)建议用 0.1uF 并联 10uF 电容(考虑 USB 设备带电热插拔影响 VBUS 和 5V 电压,不建议用 4.7uF 以下的单个电容),其它 VDD33 用 1uF~4.7uF 范围内的单个电容,所有 VDD33 累计电容量不低于 5uF、不超过 22uF。对于 V5 与 VDD33 短接的纯 3.3V 供电应用,V5 和各 VDD33 引脚可简化为仅用单个 1uF 电容(可选 1uF~4.7uF)
二:晶振部分
常见问题:为什么芯片不需要匹配电容?不需要匹配电容该如何选择晶振?为什么上电后晶振不起振?免晶振功能如何使用?
外置晶振
因为CH334、335内部有内置19pf匹配电容,外围更简洁;晶振参数推荐选择12MHz、12pf~20pf、20ppm,ESR小于等于100Ω,C0小于10pF,DL:10uW(typical)。(CH334X 使用 24MHz 晶体)
另外注意CH334/CH335的外部晶振,会在上电之后振荡一段时间后停止(完成了枚举后如果总线上没有数据,HUB会被挂起),很多客户会觉得 HUB没有工作,此时如果查看设备管理器或者SOC的设备ID(lsusb),实际已经正常识别到一个集线器设备了,只有下行端口插入新的设备后,存在有数据传输,才会被唤醒,此时晶振才会保持起振状态。
内置晶振
内置晶振设计只需要将XI接地即可开启,免晶振功能使用的是334内置的RC,可用温度范围为商业级0-70度,在一些高精密场合下,对时钟精度、工业级温度有要求,以及产品附加值高的主板级应用建议使用外置晶振。
三:RESET引脚(复位和CDP)
常见问题:复位引脚是否需要外接上拉?复位如何控制?什么时候需要复位?BC如何开启?
复位问题
芯片的RESET/CDP脚,不使用时可以悬空处理,芯片本身有上电复位;如果对HUB复位有灵活控制的需求,那么建议加上控制电路,同时为了防止干扰和意外开启CDP功能,可以参考下图设计用二极管隔离,再将引脚拉至固定电平和控制管脚。
复位参考设计:
BC1.2——CDP
充电下行端口(CDP):这种端口既支持大电流充电,也支持完全兼容USB 2.0的数据传输。端口具有D+和D-通信所必需的15kΩ下拉电阻,也具有充电器检测阶段切换的内部电路。内部电路允许便携设备将CDP与其它类型端口区分开来。它其实就是带有快充功能(1.5A)的USB接口,当USB处于这种模式时既可以进行快充,也可以起到数据连接的作用
芯片在上电时,会检测电平,如果检测到外部的高电平,那么会开启CDP功能,
需要注意的是这样会导致芯片的功耗略有增加,即使睡眠,功耗也会增加十几个mA。如果对功耗有一定要求,在硬件设计的时候,需要注意RESET/CDP引脚设计。
四:USB信号线设计
常见问题:在满足基本外围设计的情况下,客户一般会出现接电脑不识别,出现未识别设备;接主板SOC出现报错,获取描述符失败等问题;又或者某个下行设备不识别等等
以上问题可能都是由于USB部分硬件设计不规范导致的
下图是部分USB 高速2.0设计规范要求
五:335F的上下行交换
常见问题:上下行交换功能说明?如何使用该功能?应用场景有哪些?
功能说明
CH335F的 LED3 引脚兼用于 MCU 控制上行端口与 1#下行端口交换,属于可配置功能,可在订购时确认。
建议LED3 引脚在串接1K电阻后连接到 MCU 等系统主控芯片的 GPIO 引脚,用于输入端口交换的控制信号,默认高电平选择不交换,如果 LED3 输入低电平则选择上行端口与 1#下行端口交换,注意在切换后,如果其他port口有设备,将会一起切换至新的主机下。
应用场景
部分客户的主板应用可能会保留USB OTG 口,即在扩展 HOST 功能时需同时保留DEVICE 功能来用于升级程序等,而335F单芯片即可满足需求,不需要额外的模拟开关,优化整版的控制逻辑,降低了硬件设计难度和成本,以及避免模拟开关对信号影响造成衰减。
六:关于TT模式(STT和MTT)
事务翻译器(the Transaction Translator)简称“TT”,在面向下游的端口上连接全/低速设备时,上行会通过split事务响应,并将其转换为全/低速事务,当四个口外接四个低全速设备时,MTT HUB 下行端口每一个都配有一个事务翻译器,每个端口的带宽都可以达到12Mbps;STT HUB,下行端口共用一个事务翻译器,所有端口加起来的带宽是12Mbps。所以可以理解在全速传输时MTT效率是STT传输时的4倍。
通过描述符信息可以查看HUB芯片的TT模式,以友商HUB和CH334U举例:友商HUB的HubIsMultiTt为0,则表示该HUB为STT;CH334U的HubIsMultiTt为1,则表示TT模式为MTT。
七:设备供电模式
常见问题:PSELF引脚该如何配置?供电模式怎么理解?自供电是否就是必须要自己加额外供电?
自供电:使用外部电源进行供电。(不代表只能使用外供电,只有VBUS情况下也可以)
总线供电:使用USB总线的VBUS(5V)进行供电
USB协议规定:总线供电的集线器在枚举后,VBUS 总线上的500mA 会被平均分为五个单位负载(每个单位负载100mA)给到集线器内控制器和不可移除配置项(HUB内部用于配置电源的控制器)以及下行四个外部端口,且总线供电的集线器只可以给每个下行端口一个单位负载(100mA)。主机会监测设备描述符中上报电流(MaxPower),超过规范标准即使有外部供电,设备也会无法使用,电脑会出现弹窗——“USB集线器上的电源不足”。
334都是默认自供电的,该配置引脚PSELF建议直接悬空,保持自供电模式即可
八:过流检测、电源控制(GANG模式和独立模式)
CH334/CH335 支持三种过流保护模式:GANG模式、独立模式和整控独检模式, CH335F 支持双独立模式和GANG 整体模式;CH334X 支持双独立模式;CH334H/L 支持整控独检模式和 GANG 模式;CH334U/S/F/Q 只支持 GANG 模式;CH334R/P/335P不支持过流检测。
双独立模式
整控独检模式
GANG整体模式
该功能需要配合过流芯片使用,例如CH217K,下图根据电源供电能力设置好限流门限后,CH217 的 FLAG#引脚可以产生过流或过温报警信号通知HUB控制器,CH334、335的OVCUR#脚接收到相应低电平信号后,会控制PWREN#脚输出高电平信号关断217,从而切断相应下行口电源。CH217K是低电平开启,高电平关断,如果选择其他过流芯片需要注意是否是低电平开启,否则需要配合反相电路控制。如果硬件上没有过流控制需求,对应的引脚全部悬空即可。(OVCUR引脚内部已做上拉处理)
九:LED指示灯说明
常见问题:LED如何设计?PORT是如何对应的?是否可以根据LED引脚电平判断设备连接 ?
以下图做说明。只要有LED4脚或者PGANG脚(CH334P)的HUB芯片都是可以做到1灯模式(即ACTIVE灯,亮起表明正常工作avtive,灯熄灭表示睡眠suspend)。五灯模式对应LED亮起表示状态正常,而9灯模式主要针对335F,相比 5 灯应用增加了4个LED,对应的红灯亮起表明端口异常,对于 9 灯应用,必须选用关闭了上行端口交换功能的335F,否则上行端口会因 LED3引脚被意外拉低而交换;335F也可以使用5灯,实际就是9灯去掉一半,但是要注意和334U\F的LED对应的端口关系是相反的。(更多详细描述可以参考手册3.3章节)
最重要的LED引脚都是动态分时驱动的,只有PGANG引脚是静态的,所以无法直接根据单个LED IO电平判断USB设备的连接状态。
挂起指示:
PORT口对应指示:
十:EEPROM配置
常见问题:EEPROM有什么作用?是否是必须的?
EEPROM是可选的,不是必须;
HUB芯片内部就有默认的参数值,一般用户有修改PID、VID的需求,就可以通过外接EEPROM实现。EEPROM地址布局详见手册。