造一个支持隔离、PD 供电的全速 USB-C HUB Rev.2

上次设计的第一版基本上可以说没通过验证……思路是对的，但是时间比较赶，出现了一些大的纰漏。 这次重新设计了一版，大部分还是延续了之前的经验，做出了一些简化和改进。

Rev.2 设计目标

• 去掉 DC-DC 隔离电源 外部供电一般使用 AC-DC 转换器，目前常见的都是隔离型的，我就不再在 USB-C HUB 里面再弄一个 DC-DC 隔离了。
• HUB 改成 3 个外部 USB-C 下行端口 由于前面去掉了两个 DC-DC 隔离电源模块，体积就可以做小了。 还是考虑到内置的大功率 PD 供电，还是得考虑使用铝合金外壳。我挑选了下公模外壳，决定选 632575mm 的尺寸。这样导致前面板只适合放三个 USB-C 接口了。进而决定：
  • 使用 4 个下行端口的 HUB 芯片就行 -> CH335F
  • 内部主控芯片占用一个下行端口，用于与 host 通信

修复 USB PD DC-DC 电路

上一版直接漏掉了两个 boost 二极管，导致 DC-DC 部分没有正确启动。 不过也不是大问题，毕竟第一次用 Boost-Buck 芯片，本想着少打一次样的，结果没省下。后续单独对整个 USB1 端口的 USB PD 部分单独打样验证，已经没问题了。

实现 SW2303 高侧检流

SW2303 只支持低侧检流。低侧检流在多电源系统中可能导致“共地问题”： 当多个电源（A和B）共用同一地平面且均采用低侧检流时：

1. 电源A输出的电流可能通过负载后，经共享地线流经电源B的检流电阻返回
2. 导致：
   • 电源A的测量电流值 = 真实输出电流 - 跨接电流ΔI
   • 电源B的测量电流值 = 真实输出电流 + 跨接电流ΔI
   • 系统总电流仍满足ΣI测量 = ΣI实际，但各端口独立测量值失真

SW2303 的参考设计是使用低侧检流。说实话，我没找到电源使用低侧检流的可行性。除非，这只是一个聊胜于无的方案？毕竟 DC-DC 芯片是采用高侧检流方案的，或许是前级兜底的信心吧。不知道以后有没有机会让我了解到他真正的价值。

至少来说，对于 HUB 类应用，一旦下游设备同时连接了两个 HUB 端口，低侧检流肯定是不准的，而我平常测试设备，调试器和设备供电很可能会选择连同时连 HUB，所以至少出于这点，我也希望实现高侧检流。更别提更复杂的连接组合了。

为了实现高侧检流，我使用 G=1V/V 的高侧电流检测芯片进行转换，转换后输出的电压范围就是能被 SW2303 接受的、等价于低端检流的信号。

用 CH335F 作为 HUB 芯片

之前使用的 CH338X 不确定是不是我焊接反了烧坏了还是焊接不良，一片好贵的说！目前确定了外壳尺寸，所以不需要那么多下行接口了，就直接换成 CH335F 了。CH338X 的各种功能配置快把我绕晕了。

CH335F 介绍

CH335F 便宜的说！不超过 CH338X 三分之一的价格还容易购买。 支持独立过流检测和独立电源控制，支持每个端口独立指示灯，够用了够用了。 CH335F 还支持免晶振应用，对于我这种业余玩家跑起来能快不少，验证通过后再增加晶振来避免偏离 HUB 规范。 CH335F 使用 QFN28_4x4 封装，至少比 CH338X 的 QFN48_7x7 好焊点。希望这次不会出问题了。

TPS25810 USB-C DFP 控制器

见鬼了，上一个版本完全忘记加这个芯片了（或者说加错芯片了），大失策。 TPS25810 的作用是，通过 USB-C DFP 的控制，可以实现 USB-C DFP 控制器和输出控制开关。

芯片支持双输出协同限流：

我在电路上预留了这部分设计，我准备前期先用硬件实现（用 0Ω 电阻连接）来关控两个 5V 输出的 USB 端口 2 和 3，后期在我的固件中用软件管理三个端口的输出功率，再去掉这个 0Ω 电阻。

下行端口 2 和 3 的供电

独立供电

这两个端口分别使用 DC-DC 转换电路独立输出 5V 电压。参考设计如下：

TPS62933DRLR 8V-21V to 5.1V @ 3A

后面想了下，由于 TPS62933 支持最大持续电流是 3A，完全没冗余好像也不太合适，虽然我自己用不太可能用不支持 PD 的端口跑 3A，但是设计上还是不应该这么搞，所以就没选这个方案。另一个原因就是独立供电电路还是要时刻保持工作，因为 USB-C DFP 控制器需要一直提供 5V 的 $V_{CONN}$ 供电才行。这样看来独立供电作用不太大，毕竟不能插入 USB device 后再启动。

共用供电

我选择了 TPS53319 作为 5V 的 DC-DC 电源转换芯片。TPS53319 和 TPS62933 一样，是一款全集成高频同步整流降压开关变换器。

TPS53319: 德州仪器的高效8A或14A同步降压转换器，集成MOSFET，适用于低外部元件和紧凑型电源系统。

看参考设计没什么问题。