【应用】国产CH482D超高速模拟开关用作USB3.0信号切换，最高支持6Gbps速率

时间： 2022-07-22 来源：世强

技术问答

该项目是为某公司定制的一块USB接口扩展卡，板卡功能是CPU通过PCIe接口扩展4个USB2.0接口和1个USB3.0接口。USB2.0接口用来接鼠标键盘等设备，USB3.0用来作为高速通信接口，USB3.0接口采用TYPE-C设计，因为TYPE-C接口有两组USB3.0信号，要用模拟开关切换，笔者选用了沁恒公司的CH482D。本文介绍CH482D的设计使用方法。板卡主要功能框图如下所示。

图 1 板卡主要功能框图

板卡的工作原理是处理器通过一组PCIex4总线外接一个PCIe桥片。从桥片上扩展了5个USB接口，其中USB2.0四个，USB3.0一个，USB2.0接口采用TYPE-A连接器，USB3.0采用TYPE-C连接器，因为TYPE-C连接器支持正反插，需要把一组USB3.0信号经过模拟开关分为两组接到TYPE-C连接器上。选用了沁恒公司的CH482D模拟开关作为USB3.0信号的切换开关，连接到TYPE-C连接器来实现正反插功能。

选择CH482D的原因主要有以下几点：

1） CH482D采用单电源3.3V设计，满足项目要求；

2） CH482D集成2组超高速双向2选1差分信号模拟开关，项目需要将一组USB3.0信号切换到不同的TYPE-C连接器引脚上，即实现1分2功能，用CH482D正好可以满足要求；

3） CH482D的带宽高达6Gbps，可用于高速视频、USB3.2、SATA等信号的切换，笔者需求是切换USB3.0信号（5Gbps），因此也完全满足要求；

4） CH482D采用QFN20封装，体积只有2.5*4.5mm，满足项目小体积的要求；

5）沁恒公司的产品主要以接口器件类为主，而且已经成立很多年，经验丰富，产品质量可靠，加之为国内企业，满足了项目采购的周期要求。

CH482D介绍

CH482D是沁恒公司的高速模拟开关芯片，主要性能特点如下：

● 低导通电阻，Ron 典型值约为 4Ω。

● 低串扰，高隔离度。

● 提供全局使能引脚，多通道模拟开关统一使能、统一切换。

● SS 超速通道 ESD 支持 2KV HBM，其它通道及控制引脚 ESD 支持 4KV HBM。

● 支持额定 3.3V 电源电压，低静态功耗。

CH482D功能框图如下所示。

图 2 CH482D功能框图

CH482D的真值表如下所示。

CH482D原理图设计

CH482D原理图如下图所示。

图 3 CH482D原理图

CH482D集成了2组2选1高速差分模拟开关，支持最高速率10Gbps。图中引脚2、3、6、7为公共端，接到处理器的USB3.0信号。15-18引脚为CH482D的一组开关，11-14引脚为CH482D的另一组开关，分别接到TYPE-C连接器的两组引脚上。USB_SW由PCIe桥片控制（R134,R135为预留调试用的电阻），当USB_SW引脚为低电平时，USB3.0信号接通到15-18引脚，当USB_SW为高电平时，USB3.0信号切换到11-14引脚。EN#引脚直接接地，保证TYPE-C连接器始终有一组信号连接到处理器，以便处理器能及时发现USB设备接入。USB的两组差分信号上都加了共模电感和ESD器件（图中BV-FA05UC,SDCW2012U-2），ESD器件防止USB插拔时静电对处理器的损害，共模电感可以减少外接干扰对USB信号的影响。此外3个电源引脚需要加3颗去耦电容来滤除电源上的干扰。

CH482D PCB设计

CH482D的PCB图如下所示。

图 4 CH482D PCB图

上图左边为CH482D，右边为芯片周围的器件，放在CH482D的背面，尽量靠近芯片引脚。PCB设计特别需要注意的是因为USB3.0信号速率高达5Gbps，信号必须按照差分信号规则进行布线，并且差分对之间等长至少控制在5mil以内，减少外部的干扰。

结论

CH482D是一颗工作速率高达6Gbps的2组2选1模拟开关，将其用作USB3.0信号的切换开关，实现了TYPE-C接口的正反插功能。实际测试传输速率最高可达300MB/s左右，满足项目要求。

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沁恒交叉模拟开关芯片CH9455F用于计算机Type-C口实现Alt Mode方案，支持DP1.4高速信号

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