基于TUSB8041的低成本开源USB 3.0集线器电路设计

简介：
本项目提出了一种基于TUSB8041芯片的低成本、高性能USB 3.0集线器设计方案，并提供了完整的硬件和软件开源代码。 Dynamix 保留本作品所有权利.ALL RIGHTS RESERVED by DYNAMIX.本作品采用知识共享署名-非商业性使用-相同方式共享 4.0 国际许可协议进行许可。 这是一款符合 USB 3.0 标准的超高速分线器，具备5V快速充电特性。从原理、布线到采购和制造，每一个环节都由本人亲自把关，用料考究且稳定性强。设计者秉持开源精神，希望通过此作品抛砖引玉，在分享中学习，在交流中共创。 该设计经过两次迭代实物验证，除厂商未公开的OTP功能外完全实现了TUSB8041的各项功能。其主要特点包括： - 实现 USB 3.0 集线器功能，并向下兼容 USB 2.0； - 提供四个USB-A 母座 下行端口和一个USB-B母座 上行端口，支持最高近似5Gbps的数据传输速率； - 设备可通过 DC电源接口供电（外径5.5mm、内径2.5mm），电压范围为9V~14V DC，所需适配器功率不低于 45W； - 当外部电源接入时，设备将自动切换至独立供电模式而不是依赖上行 Vbus 端口供电； - 设备属性可通过外部 EEPROM 修改，并提供默认配置二进制文件； - 在默认配置下, 上行端口连接时支持 CDP 和 DCP 协议最高2A@5V快速充电；未连接则支持 ACP1/2、CDP 和DCP协议，同样为最大 2A @ 5V 快速充电模式； - 每个下行端口独立限流控制，在输出电流超过2A时会向PC报告过载并允许手动复位。 设计使用 Altium Designer 软件完成原理图和 PCB 设计，并通过样品生产、手工焊接及调试验证。在布局过程中，采用差分对工具布线以保证信号完整性，并利用 Shield 工具保护差分线路免受干扰影响。所有元器件均包含3D外形文件以便于后续开发外壳。 核心元件均为进口产品，主要芯片来自德州仪器公司；接插件选择质量较好的厂商产品；电解电容则使用高速数字电路所需的高分子聚合物电容以保证电源质量。设计采用四层板结构（顶层信号、中间层地和电源、底层低速信号），确保了电源与信号的完整性。 端口均配备过流保护及静电防护措施，保障设备安全。参考多家半导体厂商关于USB 3.0的设计文档以及相关标准规范进行开发，并提供了制造相关的文件如BOM 和 Gerber 文件等。 后续更新和维护将在 Github 上发布。本设计包含大量冗余元件供开发者根据实际需求调整使用；由于仅用于样品测试，可能存在许多需要解决的制造性问题。如有疑问或建议，请通过邮件联系我。