HD3SS3220：集成 2:1 超高速多路复用器的 USB Type-C DRP 端口控制器
HD3SS3220 是一款集成 2:1 超高速多路复用器的 USB Type-C DRP（双角色端口）控制器芯片，专为满足 USB Type-C 1.1 标准的复杂接口需求而设计。该设备支持高达 10Gbps 的 USB 3.1 Gen 1 和 Gen 2 传输速率，并具备最高 15W 的电力输送能力，同时支持 3A 电流的广播与检测。
产品特性
- 集成 USB Type-C 接口控制器与 2:1 超高速多路复用器
- 兼容 USB Type-C 标准 1.1
- 支持 USB 3.1 Gen 1 和 Gen 2 数据传输速率（最高 10Gbps）
- 电力输送能力高达 15W，支持 3A 电流广播与检测
- 支持三种工作模式配置：
- 仅主机模式（DFP）
- 仅设备模式（UFP）
- 双角色端口（DRP）
- 具备完整的通道配置（CC）功能，包括：
- 端口连接检测
- 电缆方向识别
- 角色检测
- Type-C 电流模式识别（默认、中等、高）
- 支持有源电缆的 V(BUS) 检测和 VCONN 供电
- 兼容音频与调试附件模式
- 支持 Try.SRC 与 Try.SNK 双角色端口模式
- 可通过 GPIO 和 I2C 接口进行配置
- 工作电流与待机电流均保持在极低水平
- 工作温度范围：–40°C 至 85°C（工业级）
典型应用场景
- USB 主机、外设及集线器
- 智能手机、平板电脑和笔记本电脑
- U 盘、移动硬盘、机顶盒等 USB 接口外设
1.0 产品概述
HD3SS3220 是一款集成 USB 超高速（SS）2:1 多路复用器的 DRP 端口控制器，为 USB Type-C 接口提供完整的通道配置（CC）逻辑和 5V VCONN 供电功能。该控制器可根据系统需求配置为下行端口（DFP）、上行端口（UFP）或双角色端口（DRP），适用于广泛的终端设备应用。
在 DRP 模式下，HD3SS3220 可动态切换自身角色为 DFP 或 UFP。其 CC 逻辑模块通过检测 CC1 与 CC2 引脚上的上拉或下拉电阻，实现对 USB 端口连接状态和角色的识别。连接确认后，CC 逻辑将判断电缆方向，并据此配置超高速多路复用器。同时，它还能检测并广播 Type-C 电流模式（默认、中等或高）。
该多路复用器具备出色的动态切换能力，能够最大限度地减小信号眼图的衰减和附加抖动。其自适应共模电压跟踪技术，确保 RX 和 TX 通道在切换过程中的共模电压保持一致，从而提升信号完整性。
2.0 详细功能说明
2.1 系统架构与接口设计
USB Type-C 接口采用可翻转连接器与可逆电缆设计，因此需要一种机制来判断连接方向、端口角色以及电力传输能力。这些功能均通过 CC 引脚实现。HD3SS3220 提供完整的 CC 逻辑控制，能够识别端口连接与分离状态、判断角色并检测电缆方向。
该芯片内置多种功能，例如 VCONN 供电、音频与调试附件模式识别、以及支持 Try.SRC 与 Try.SNK 的双角色端口配置，使其适用于 USB 2.0 和 USB 3.1 的供电端、受电端或双角色应用。
2.1.1 电缆与连接器兼容性
HD3SS3220 支持多种标准定义的 Type-C 电缆、插头与插座。具体支持如下：
- Type-C 插座：适用于 USB 2.0 和 USB 3.1 全功能平台与外设
- Type-C 插头：全功能与 USB 2.0 类型均支持
- Type-C 电缆：支持全功能 USB 3.1 和 USB 2.0 插头
- 固定电缆：支持 USB 2.0 或 USB 3.1 插头
需要注意的是，该器件不支持通过 CC 线路进行 USB 电力传输（PD）通信的功能，例如电子标识（e-marker）或交替模式（Alternate Mode）。
2.1.1.1 传统电缆与适配器
HD3SS3220 还支持 USB Type-C 传统电缆适配器。在使用此类适配器时，需确保其与 HD3SS3220 的配置模式相匹配，以确保兼容性。
图 1：传统适配器实现电路
2.1.1.2 直接连接设备（Docking Device）
HD3SS3220 支持与直接连接设备（如底座）的连接与分离检测，提供稳定可靠的端口识别机制。
2.1.1.3 音频适配器支持
该控制器还支持通过音频适配器接入音频设备，包括：
- 无源音频适配器
- 支持通过适配器进行充电的音频接口
3.0 功能方框图
（图示省略，建议参考制造商提供的完整数据手册）
4.0 功能特性说明
HD3SS3220 通过三电平 PORT 引脚配置可分别设置为 DFP、UFP 或 DRP 模式。该引脚可通过上拉至 VDD5 设置为 DFP 模式，下拉至 GND 设置为 UFP 模式，或保持悬空实现 DRP 模式。这种设计赋予芯片高度的灵活性，适用于多种终端产品。
表 1 列出了不同模式下所支持的功能。
表 1：HD3SS3220 各模式功能支持表
4.1 DFP（供电端）模式
在 DFP 模式下，HD3SS3220 会始终在两条 CC 线路上广播 Rp 电阻，表示其作为供电端的角色。初始状态下，设备广播默认电流等级。若需要提升电流输出，可通过 CURRENT_MODE 引脚或 I2C 接口调整 Rp 值以匹配所需电流。
当检测到 UFP 端接设备并处于 attached.SRC 状态时，HD3SS3220 会拉低 ID 引脚，通知系统当前连接的是 UFP。此外，若检测到 R(a) 电阻，设备将在未连接的 CC 引脚上提供 VCONN 供电。
DFP 模式下 I2C 启用步骤如下：
- 将 DISABLE_TERM 寄存器（地址 0x0A，位 0）写入 1
- 将 MODE_SELECT 寄存器（地址 0x0A，位 5:4）设置为 2'b10
- 将 DISABLE_TERM 寄存器写回 0
需注意，该模式下设备无法与 USB Type-C 1.0 DRP 设备兼容，这是由于 1.1 与 1.0 规范之间的兼容性问题。
4.2 UFP（受电端）模式
当 PORT 引脚被接地时，HD3SS3220 进入 UFP 模式。在此模式下，两条 CC 引脚始终配置为 Rd（下拉电阻）。
UFP 模式下，芯片通过监测 CC 引脚电压，识别 DFP 并判断其所广播的电流等级。在成功连接后，HD3SS3220 通过 OUT1/OUT2 引脚或 I2C 接口将电流等级信息反馈给系统。
4.3 DRP（双角色端口）模式
当 PORT 引脚保持悬空时，HD3SS3220 以 DRP 模式运行，根据 USB Type-C 规范在 DFP 与 UFP 之间动态切换。
该模式下，设备可依据连接状态自动识别角色并执行相应操作，例如广播电流或检测受电端状态。同时，还支持可选的 Try.SRC 与 Try.SNK 模式，允许设备在连接其他 DRP 设备时优先以特定角色运行。
Try.SRC 与 Try.SNK 模式的启用需通过 I2C 接口配置寄存器 SOURCE_PREF（地址 0x0B）实现。
4.4 电缆方向与多路复用器控制
HD3SS3220 通过检测 CC1 与 CC2 引脚电压，确定电缆方向。DIR 引脚为开漏输出，需外接上拉电阻。电缆方向信息也可通过 I2C 读取。
根据电缆方向信息，HD3SS3220 控制内部超高速多路复用器，以切换适当的信号路径（RX1/TX1 或 RX2/TX2）。
4.5 Type-C 电流模式
在完成电缆检测后，DFP 可通过 CURRENT_MODE_ADVERTISE 寄存器或外部 CURRENT_MODE 引脚设定广播的电流等级。当设置为非默认电流等级时，HD3SS3220 会自动调整 Rp 电阻以匹配目标电流。
表 2 展示了在 GPIO 与 I2C 模式下各电流等级的广播方式。
表 2：Type-C 电流广播方式
4.6 附件支持
HD3SS3220 默认支持音频与调试附件模式。在 GPIO 模式下，可通过 OUT3 引脚检测音频附件连接状态；在 I2C 模式下，可通过寄存器读取附件信息。
如应用不需 UFP 附件支持，可通过设置 DISABLE_UFP_ACCESSORY 寄存器将其禁用。
4.7 音频附件支持
该设备支持两种音频附件接入方式：
- 无源音频适配器：通过检测 CC 引脚上的电阻值（< R(a)）识别
- 带电源支持的音频适配器：可在 VBUS 上提供 500mA 电流
在 GPIO 模式下，OUT3 引脚用于指示音频附件连接状态。
4.8 调试附件支持
调试附件模式为 USB Type-C 附件提供一种进入特定测试状态的方式。在 DRP 或 UFP 模式下，HD3SS3220 不支持通过调试附件进行充电。
当设备处于 DFP 或 DRP 模式时，可通过检测 CC 引脚上的 R(d) 电阻识别 UFP 调试附件。在 UFP 或 DRP 模式下，通过检测 R(p) 电阻识别 DFP 调试附件。
4.9 有源电缆的 VCONN 支持
在 DFP 或 DRP 模式下，HD3SS3220 可为有源电缆提供 VCONN 供电。供电时机为：检测到 UFP 且未连接 CC 引脚端接至 R(a) 电阻时。
当 VCONN 过流或出现故障时，设备会自动关闭 VCONN 供电，并通过 I2C 寄存器设置 VCONN_FAULT 标志。在 GPIO 模式下，VCONN 供电仅在端口重新连接后恢复。
4.10 I2C 与 GPIO 控制
HD3SS3220 可通过 ADDR 引脚配置为 I2C 或 GPIO 模式。ADDR 为三电平控制引脚：
- 悬空（NC）：GPIO 模式
- 拉高：I2C 模式，地址位 6 为 1
- 拉低：I2C 模式，地址位 6 为 0
在 I2C 模式下，设备通过 SCL 与 SDA 传输数据，并通过 INT 引脚提供中断信号。在 GPIO 模式下，OUT3 可用于检测音频附件连接状态。
注意：若使用 3.3V 电源为 I2C 上拉供电，必须确保 VDD5 ≥ 3V，以防止反向供电。
4.11 VBUS 检测
HD3SS3220 提供符合 Type-C 标准的 VBUS 检测机制，用于识别 UFP 的连接状态、附件模式切换及 DRP 角色解析。VBUS 信号需通过 900kΩ 电阻连接至 VBUS_DET 引脚。
4.12 电源管理
HD3SS3220 使用双电源供电：
- VDD5：为 CC 控制器与 VCONN 提供电源
- VCC33：为多路复用器供电
加电时序如下：
- ENn_CC 保持低电平时，VDD5 在 VCC33 之前上电
- ENn_CC 受控时，需先将 ENn_CC 置为高，待电源稳定后再置为低
图 2：ENn_CC