BGS3506：集成 Type-C 和 PD 功能的 USB2.0 高速 4 端口 HUB 控制器
BGS3506是博捷半导体推出的集成Type-C和PD功能的4端口USB2.0 HUB控制器。该芯片采用QFN32封装，支持100W快充输出，双Type-C口均支持PD3.1协议和DRP双角色功能。通过高度集成设计，内置稳压器、上下拉电阻等器件，显著减少外部元件需求。具备多重保护功能，支持5V供电下从22.45mW待机功耗到422.5mW满负载的动态功耗管理。适用于带快充功能的USB集线器和扩展坞
一、产品基础信息
- 型号与定位：BGS3506 为博捷半导体（苏州）推出的集成 Type-C 和 PD 功能的 USB2.0 高速 4 端口 HUB 控制器，数据手册最新版本为Rev1.13（2025.11.13），历经 4 次迭代，核心更新包括去除晶振反馈电阻、明确 100W 最大输出功率、更新 Type-C/PD 引脚电气特性。
- 封装形式：采用QFN32封装，内置散热焊盘（e-pad）需接地，硬件布局紧凑。
- 核心兼容：完全符合USB2.0 规范，向下兼容USB1.1，上行口支持高速 / 全速传输，4 个下行口支持高速 / 全速 / 低速传输，配备 1 个控制管道 + 1 个中断管道。
二、核心功能特性
表格
| 特性分类 | 关键内容 | 核心参数 / 细节 |
|---|---|---|
| 快充与 Type-C 功能 | 双 Type-C 口配置 | 上行 / 下行 C 口均支持Type-C DRP（双角色），可同时与 2 个设备 PD 握手 |
| 快充协议 | 双口均支持PD3.1，下行 C 口额外兼容QC2.0；支持 Hard/Soft Reset、Dead Battery Rd | |
| 功率能力 | 最大输出功率 100W (20V/5A)，支持功率信息上下行互传，上行 C 口支持 PR/FR/DR_SWAP 角色切换 | |
| 拓展功能 | 上行 C 口支持DP Alternate Mode+DP_HPD 热插拔检测，快充与 USB 数据可同时传输 | |
| 充电功能 | 协议兼容 | 符合USB BC1.2 规范，支持 CDP（充电下游端口）、DCP（专用充电端口）模式 |
| 模式切换 | 上游端口连接时，下游端口为 CDP 模式；上游断开时，自动切换为 DCP 模式 | |
| 事务与电源管理 | 翻译架构 | STT 单事务翻译器，4 个下行口共用 1 个 TT，提升成本效益 |
| 低功耗 | 支持USB2.0 LPM L0/L2链路电源管理，降低待机功耗 | |
| 功率控制 | 集成charge-pump控制两路外置 NMOS、Type-C 口 VBUS 电压泄放、开关功率 MOS 驱动 | |
| 硬件与配置 | 集成器件 | 内置5V→3.3V、3.3V→1.2V稳压器，1.5KΩ 上行上拉 / 15KΩ 下行下拉电阻，简化 PCB 设计 |
| 配置方式 | 支持Efuse 一次性熔丝、外部 EEPROM 进行功能配置；支持 Poly-fuse / 电源开关模式 | |
| BOM 优化 | 仅需单颗 12MHz 晶振，无额外晶振反馈电阻要求，实现 BOM 极简 | |
| 保护特性 | 电气保护 | 输入过压 / 欠压保护、输出过流保护，ESD 防护（HBM±4000V、CDM±500V、MM±150V） |
三、硬件引脚与接口
- 引脚分类：32 个引脚分为电源 / 地、USB2.0、Type-C/PD、时钟、GPIO/LED、杂项六大类，核心电源引脚为 V5（5V 输入，11 脚）、V33（3.3V 稳压输出，12 脚）、DVDD12（1.2V 数字电源，28 脚）。
- 核心接口
- USB2.0 接口：1 个上行口（DM_P0/DP_P0）+4 个下行口（DM_P1-P4/DP_P1-P4），均为 I/O 差分引脚；
- Type-C/PD 接口：上行 C 口（U_CC1/U_VBUS/U_GATE）、下行 C 口（S_CC1/S_CC2/S_VBUS/S_GATE），含 CC 检测、VBUS 检测、NMOS 控制引脚；
- LED 控制：LED_DRV (23)、LED1 (25)、LED2 (27) 三引脚，共同驱动 5 个 LED（1 个上行 + 4 个下行）；
- 时钟接口：XI (30，12MHz 晶振输入)、XO (29，晶振输出)，外部振荡器驱动时 XO 可悬空。
- 关键功能引脚：PWREN (26) 配置电源模式、OVCUR (24) 为过流标志、DP_HPD (22) 为 DP 热插拔检测、RTERM (8) 接 12K±1% 参考电阻。
四、电气特性
1. 绝对最大额定值（关键）
表格
| 参数 | 范围 | 单位 | 备注 |
|---|---|---|---|
| V5（5V 电源） | -0.5 ~ 6.0 | V | 核心供电 |
| V33（3.3V 电源） | -0.5 ~ 3.6 | V | 模拟 / 数字电源 |
| V12（1.2V 电源） | -0.5 ~ 1.32 | V | 数字电源 |
| U_VBUS/S_VBUS（Type-C VBUS） | -0.3 ~ 25 | V | 快充电压检测 |
| U_GATE/S_GATE（NMOS 控制） | -0.3 ~ 27.5 | V | 功率管驱动 |
| ESD（HBM） | ±4000 | V | 人体模型防护 |
| 存储温度（TSTG） | -55 ~ 100 | ℃ | 器件存储环境 |
2. 推荐工作条件
表格
| 参数 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 单位 |
|---|---|---|---|---|
| V5 | 4.75 | 5.0 | 5.25 | V |
| V33 | 3.0 | 3.3 | 3.6 | V |
| V12 | 1.15 | 1.2 | 1.32 | V |
| 环境温度（TA） | 0 | - | 70 | ℃ |
| 结温（TJ） | 0 | - | 125 | ℃ |
3. 功耗（5V 域，核心数据）
表格
| 工作状态 | 5V 供电电流（mA） | 功耗（mW） |
|---|---|---|
| 无主机连接 | 4.49 | 22.45 |
| 挂起状态（L2） | 4.84 | 24.20 |
| 1 个 HS 设备传输 | 61.30 | 306.50 |
| 2 个 HS 设备传输 | 68.90 | 344.50 |
| 3 个 HS 设备传输 | 76.90 | 384.50 |
| 4 个 HS 设备传输 | 84.50 | 422.50 |
4. 时钟与上电要求
- 时钟：12MHz 晶振 / 振荡器，频率精度 ±100ppm，外部振荡器峰峰值抖动 <50ps，XI 接 3.3V 时钟源；
- 上电：仅 5V 供电时，上升时间 <10ms、下降时间 <100ms；外部 3.3V/1.2V 供电时，3.3V 电压需始终高于 1.2V；
- 复位：内部复位在电源良好后10ms释放，外部复位时间需长于内部，3.3V 电源良好电压为 2.5~2.8V，1.2V 为 0.861V。
五、功能控制
- LED 控制：3 个引脚驱动 5 个 LED，1 个对应上行口状态（连接主机亮、断开 / 待机灭），4 个分别对应 4 个下行口状态（连接设备亮、断开 / 待机灭），支持 LED 闪烁配置。
- PD/Type-C 控制：集成硬件 BMC 协议、CRC 校验，双 C 口可独立进行 PD 握手，上行 C 口支持 DP 交替模式，下行 C 口可将功率信息传递至上行口，反之亦然。
- 电源模式：PWREN 引脚拉高支持低电平有效电源开关、浮空支持 Poly-fuse、拉低支持高电平有效电源开关；OVCUR 引脚为 GANG 模式下唯一过流标志。
六、封装尺寸（QFN32，关键尺寸）
表格
| 符号 | 最小值（mm） | 典型值（mm） | 最大值（mm） | 备注 |
|---|---|---|---|---|
| A（总厚度） | 0.80 | 0.85 | 0.90 | 器件整体厚度 |
| D/E（本体尺寸） | 3.90 | 4.00 | 4.10 | 长 / 宽 |
| b（引脚宽度） | 0.15 | 0.20 | 0.25 | 引脚接触宽度 |
| L（引脚长度） | 0.25 | 0.30 | 0.35 | 引脚伸出长度 |
| e（引脚间距） | 0.40BSC | - | - | 引脚中心距 |
七、应用场景
因集成 Type-C/PD 快充、USB2.0 HUB、多重保护及 BOM 极简特性，适用于：
- USB 集线器（HUB）：带快充功能的多口 USB2.0 HUB；
- USB 扩展坞（Docking station）：集成 Type-C 快充、数据传输、DP 视频的扩展坞。
4. 关键问题
问题 1（快充与 Type-C 功能）：BGS3506 的双 Type-C/PD 口具备哪些核心快充能力，端口间的功率信息交互与角色切换有何特点？
答案：① 核心快充能力：双 Type-C 口均支持Type-C DRP 双角色、PD3.1 协议，下行 C 口额外兼容QC2.0 协议，整体最大输出功率 100W (20V/5A)，支持 Hard/Soft Reset、Dead Battery Rd（低电量唤醒），且集成硬件 BMC 协议和 CRC 校验，可同时与 2 个设备进行 PD 握手；② 功率信息交互：支持下行 C 口功率信息传递至上行 C 口，也支持上行 C 口功率请求信息传递至下行 C 口，实现功率需求双向同步；③ 角色切换：上行 C 口支持 **PR_SWAP（功率角色）、FR_SWAP（数据角色）、DR_SWAP（双角色）** 切换，且支持 USB 数据传输与快充功能同时进行，上行 C 口还额外支持 DP Alternate Mode+DP_HPD 热插拔检测。
问题 2（硬件设计与 BOM 优化）：BGS3506 在硬件设计上通过哪些具体集成与配置实现 BOM 极简，相比同类产品减少了哪些外部器件？
答案：BGS3506 通过片上高度集成和简化外设要求实现 BOM 极简，具体包括：① 集成电源器件：内置5V 转 3.3V、3.3V 转 1.2V稳压器，无需外部焊接稳压芯片；集成开关功率 MOS 驱动和charge-pump 电荷泵，无需额外驱动芯片；② 集成无源器件：内置上游端口1.5KΩ 上拉电阻、下游端口15KΩ 下拉电阻，省去外部电阻；③ 简化时钟配置：仅需单颗 12MHz 晶振，且去除 XI/XO 之间的 1MΩ 反馈电阻要求，减少无源器件；④ 简化配置方式：支持片上Efuse 一次性熔丝配置功能，无需额外 EEPROM（可选配）；⑤ 集成保护与控制：内置 VBUS 电压泄放、过压 / 欠压 / 过流保护，无需额外保护芯片。相比同类产品，减少了稳压芯片、MOS 驱动芯片、晶振反馈电阻、上下拉电阻等外部器件。
问题 3（功耗与工作状态）：BGS3506 在 5V 供电下的功耗表现有何特征，不同工作状态下的功耗变化规律是什么，与挂起状态相比满负载传输功耗提升了多少倍？
答案：① 功耗特征：BGS3506 具备低待机功耗、线性增长的传输功耗特征，5V 域功耗数据为核心供电功耗，集成稳压器的转换损耗已包含在内，无额外充电功能功耗叠加；② 变化规律：无主机连接时功耗最低（4.49mA/22.45mW），挂起状态（L2）功耗小幅上升（4.84mA/24.20mW）；随着连接的高速（HS）设备数量增加，功耗呈线性递增，1 个 HS 设备传输时 61.30mA，每增加 1 个 HS 设备，电流约增加 7~8mA；③ 满负载提升倍数：4 个 HS 设备满负载传输时电流为 84.50mA，相比挂起状态的 4.84mA，电流提升约 16.88 倍；功耗为 422.50mW，相比挂起状态的 24.20mW，功耗提升约 16.55 倍。
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