USB3311C - Hi-Speed USB Transceiver with 1.8V ULPI Interface - 26MHz Reference Clock Datasheet - SMSC

/var/www/html/datasheet/sites/default/files/pdfhtml_dummy/3311-html.html
background image

SMSC USB3311 REV C

DATASHEET

Revision 2.1 (06-10-10) 

Datasheet

PRODUCT FEATURES

USB3311

Hi-Speed USB Transceiver with 

1.8V ULPI Interface - 26MHz 

Reference Clock

„

USB-IF “Hi-Speed” compliant to the Universal Serial 

Bus Specification Rev 2.0

„

Interface compliant with the ULPI Specification 

revision 1.1 as a Single Data Rate (SDR) PHY

„

1.8V IO Voltage (±10%)

„

flexPWR

®

 Technology

— Low current design ideal for battery powered 

applications

— “Sleep” mode tri-states all ULPI pins and places the 

part in a low current state

„

Supports FS pre-amble for FS hubs with a LS device 

attached (UTMI+ Level 3)

„

Supports HS SOF and LS keep-alive pulse

„

Includes full support for the optional On-The-Go 

(OTG) protocol detailed in the On-The-Go 
Supplement Revision 2.0 specification

„

Supports the OTG Host Negotiation Protocol (HNP) 

and Session Request Protocol (SRP)

„

Allows host to turn VBUS off to conserve battery 

power in OTG applications

„

Support OTG monitoring of VBUS levels with internal 

comparators

„

“Wrapper-less” design for optimal timing performance 

and design ease

— Low Latency Hi-Speed Receiver (43 Hi-Speed clocks 

Max) allows use of legacy UTMI Links with a ULPI 
bridge

„

Internal 5V cable short-circuit protection of ID, DP 

and DM lines to VBUS or ground

„

26MHz Reference Clock Operation

— 0 to 3.6V input drive tolerant
— Able to accept “noisy” clock sources

„

Internal low jitter PLL for 480MHz Hi-Speed USB 

operation

„

Internal detection of the value of resistance to ground 

on the ID pin

„

Integrated battery to 3.3V LDO regulator

— 2.2uF bypass capacitor
— 100mV dropout voltage

„

Integrated ESD protection circuits

— Up  to 

±

15kV without any external devices

„

Carkit UART mode for non-USB serial data transfers

„

Integrated USB Switch

— Allows single USB port of connection 
— High speed data
— Battery charging
— Stereo and mono/mic audio
— USB1.1 data

„

Industrial Operating Temperature -40

°C to +85°C

„

Packaging Options

— 24 pin QFN lead-free RoHS compliant package 

(4 x 4 x 0.90 mm height)

— 25 ball VFBGA lead-free RoHS compliant package also 

available; (3 x 3 x 0.88mm height)

Applications

The USB3311 is targeted for any application where a Hi-
Speed USB connection is desired and when board
space, power, and interface pins must be minimized.

The USB3311 is well suited for:

„

Cell Phones

„

PDAs

„

MP3 Players

„

GPS Personal Navigation

„

Scanners

„

External Hard Drives

„

Digital Still and Video Cameras

„

Portable Media Players

„

Entertainment Devices

„

Printers

„

Set Top Boxes

„

Video Record/Playback Systems

„

IP and Video Phones

„

Gaming Consoles

„

POS Terminals

/var/www/html/datasheet/sites/default/files/pdfhtml_dummy/3311-html.html
background image

Order Number(s):

USB3311C-CP-TR FOR 24 PIN, QFN LEAD-FREE ROHS COMPLIANT PACKAGE (TAPE AND REEL)

USB3311C-GJ-TR FOR 25 PIN, VFBGA LEAD-FREE ROHS COMPLIANT PACKAGE (TAPE AND REEL)

REEL SIZE IS 4000 PIECES.

This product meets the halogen maximum concentration values per IEC61249-2-21

For RoHS compliance and environmental information, please visit 

www.smsc.com/rohs

Hi-Speed USB Transceiver with 1.8V ULPI Interface - 26MHz Reference Clock

Datasheet

Revision 2.1 (06-10-10)

2

SMSC USB3311 REV C

DATASHEET

80 ARKAY DRIVE, HAUPPAUGE, NY 11788 (631) 435-6000, FAX (631) 273-3123

Copyright © 2010 SMSC or its subsidiaries. All rights reserved.
Circuit diagrams and other information relating to SMSC products are included as a means of illustrating typical applications. Consequently, complete information sufficient for
construction purposes is not necessarily given. Although the information has been checked and is believed to be accurate, no responsibility is assumed for inaccuracies. SMSC
reserves the right to make changes to specifications and product descriptions at any time without notice. Contact your local SMSC sales office to obtain the latest specifications
before placing your product order. The provision of this information does not convey to the purchaser of the described semiconductor devices any licenses under any patent
rights or other intellectual property rights of SMSC or others. All sales are expressly conditional on your agreement to the terms and conditions of the most recently dated
version of SMSC's standard Terms of Sale Agreement dated before the date of your order (the "Terms of Sale Agreement"). The product may contain design defects or errors
known as anomalies which may cause the product's functions to deviate from published specifications. Anomaly sheets are available upon request. SMSC products are not
designed, intended, authorized or warranted for use in any life support or other application where product failure could cause or contribute to personal injury or severe property
damage. Any and all such uses without prior written approval of an Officer of SMSC and further testing and/or modification will be fully at the risk of the customer. Copies of
this document or other SMSC literature, as well as the Terms of Sale Agreement, may be obtained by visiting SMSC’s website at http://www.smsc.com. SMSC is a registered
trademark of Standard Microsystems Corporation (“SMSC”). Product names and company names are the trademarks of their respective holders. 
SMSC DISCLAIMS AND EXCLUDES ANY AND ALL WARRANTIES, INCLUDING WITHOUT LIMITATION ANY AND ALL IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY,
FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE, TITLE, AND AGAINST INFRINGEMENT AND THE LIKE, AND ANY AND ALL WARRANTIES ARISING FROM ANY COURSE
OF DEALING OR USAGE OF TRADE. IN NO EVENT SHALL SMSC BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INCIDENTAL, INDIRECT, SPECIAL, PUNITIVE, OR CONSEQUENTIAL
DAMAGES; OR FOR LOST DATA, PROFITS, SAVINGS OR REVENUES OF ANY KIND; REGARDLESS OF THE FORM OF ACTION, WHETHER BASED ON CONTRACT;
TORT; NEGLIGENCE OF SMSC OR OTHERS; STRICT LIABILITY; BREACH OF WARRANTY; OR OTHERWISE; WHETHER OR NOT ANY REMEDY OF BUYER IS HELD
TO HAVE FAILED OF ITS ESSENTIAL PURPOSE, AND WHETHER OR NOT SMSC HAS BEEN ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGES.

/var/www/html/datasheet/sites/default/files/pdfhtml_dummy/3311-html.html
background image

Hi-Speed USB Transceiver with 1.8V ULPI Interface - 26MHz Reference Clock

Datasheet

SMSC USB3311 REV C

3

Revision 2.1 (06-10-10)

DATASHEET

0.1

  Reference Documents

„

Universal Serial Bus Specification, Revision 2.0, April 27, 2000

„

On-The-Go Supplement to the USB 2.0 Specification, Revision 2.0, May 8, 2009

„

27% Resistor ECN

„

USB 2.0 Transceiver Macrocell Interface (UTMI) Specification, Version 1.02, May 27, 2000

„

UTMI+ Specification, Revision 1.0, February 2, 2004

„

UTMI+ Low Pin Interface (ULPI) Specification, Revision 1.1, October 20, 2004

„

Technical Requirements and Test Methods of Charger and Interface for Mobile Telecommunication 
Terminal Equipment (Chinese Charger Specification Approval Draft 11/29/2006)

/var/www/html/datasheet/sites/default/files/pdfhtml_dummy/3311-html.html
background image

Hi-Speed USB Transceiver with 1.8V ULPI Interface - 26MHz Reference Clock

Datasheet

Revision 2.1 (06-10-10)

4

SMSC USB3311 REV C

DATASHEET

Table of Contents

0.1

Reference Documents  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Chapter 1 General Description. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Chapter 2 USB3311 Pin Locations and Definitions  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.1

USB3311 Pin Locations and Descriptions  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.1.1

Package Diagram with Pin Locations  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.1.2

Pin Definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Chapter 3 Limiting Values  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

3.1

Absolute Maximum Ratings  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

3.2

Recommended Operating Conditions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Chapter 4 Electrical Characteristics  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

4.1

Operating Current . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

4.2

CLKOUT Specifications  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

4.3

ULPI Interface Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

4.4

Digital IO Pins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

4.5

DC Characteristics: Analog I/O Pins. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

4.6

Dynamic Characteristics: Analog I/O Pins  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

4.7

OTG Electrical Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

4.8

USB Audio Switch Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

4.9

Regulator Output Voltages and Capacitor Requirement  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

Chapter 5 Architecture Overview  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

5.1

ULPI Digital Operation and Interface  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

5.2

Interface to DP/DM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
5.2.1

USB Transceiver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

5.2.2

Termination Resistors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

5.3

Bias Generator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

5.4

Integrated Low Jitter PLL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
5.4.1

Reference Clock Requirements. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

5.5

Internal Regulators and POR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
5.5.1

Integrated Low Dropout Regulator  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

5.5.2

Power On Reset (POR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

5.5.3

Recommended Power Supply Sequence  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

5.5.4

Start-Up . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

5.6

USB On-The-Go (OTG)  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
5.6.1

ID Resistor Detection. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

5.6.2

VBUS Monitor and Pulsing  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

5.6.3

Driving External Vbus  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

5.7

USB UART Support  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

5.8

USB Charger Detection Support. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

5.9

USB Audio Support. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

Chapter 6 ULPI Operation Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

6.1

Overview. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
6.1.1

ULPI Interface Signals. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

6.1.2

ULPI Interface Timing in Synchronous Mode  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

6.2

ULPI Register Access. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
6.2.1

ULPI Register Write . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

6.2.2

ULPI Register Read. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

/var/www/html/datasheet/sites/default/files/pdfhtml_dummy/3311-html.html
background image

Hi-Speed USB Transceiver with 1.8V ULPI Interface - 26MHz Reference Clock

Datasheet

SMSC USB3311 REV C

5

Revision 2.1 (06-10-10)

DATASHEET

6.2.3

ULPI RXCMD  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

6.2.4

USB3311 Transmitter  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

6.2.5

USB Receiver  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

6.2.6

Low Power Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

6.3

Full Speed/Low Speed Serial Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

6.4

Carkit Mode  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
6.4.1

USB UART Mode  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

6.4.2

USB Audio Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

6.5

RID Converter Operation  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

6.6

Headset Audio Mode  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

Chapter 7 ULPI Register Map . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

7.1

ULPI Register Array . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
7.1.1

ULPI Register Set . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

7.1.2

Carkit Control Registers  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

7.1.3

Extended Register Access  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

7.1.4

Vendor Register Access  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

Chapter 8 Application Notes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

8.1

Application Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

8.2

USB Charger Detection  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
8.2.1

Detecting the ID Resistor in a Charger  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

8.2.2

Detecting DP Shorted to DM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

8.3

Reference Designs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

8.4

ESD Performance. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
8.4.1

Human Body Model (HBM) Performance  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

8.4.2

EN/IEC 61000-4-2 Performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

8.4.3

Air Discharge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

8.4.4

Contact Discharge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

Chapter 9 Package Outline, Tape & Reel Drawings, Package Markings  . . . . . . . . . . . . . 72

Chapter 10 Datasheet Revision History . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

/var/www/html/datasheet/sites/default/files/pdfhtml_dummy/3311-html.html
background image

Hi-Speed USB Transceiver with 1.8V ULPI Interface - 26MHz Reference Clock

Datasheet

Revision 2.1 (06-10-10)

6

SMSC USB3311 REV C

DATASHEET

List of Figures

Figure 1.1 USB3311 Block Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Figure 2.1 USB3311 QFN Pinout - Top View . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Figure 2.2 USB3311 VFBGA Pinout - Top View . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Figure 5.1 USB3311 System Diagram  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Figure 5.2 Example of circuit used to shift a reference clock common-mode voltage level. . . . . . . . . . . 24
Figure 5.3 Powering the USB3311 from a Battery  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Figure 5.4 Powering the USB3311 from a 3.3V Supply  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Figure 5.5 Powering the USB3311 from the USB Cable Vbus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Figure 5.6 ULPI Start-up Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Figure 5.7 USB3311 ID Resistor Detection Circuitry. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Figure 5.8 USB3311 OTG Vbus Block  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Figure 5.9 OTG Link Controller Drives External Vbus Supply or Switch. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Figure 6.1 ULPI Digital Block Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Figure 6.2 ULPI Single Data Rate Timing Diagram in Synchronous Mode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Figure 6.3 ULPI Register Write in Synchronous Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Figure 6.4 ULPI Extended Register Write in Synchronous Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
Figure 6.5 ULPI Register Read in Synchronous Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Figure 6.6 ULPI Extended Register Read in Synchronous Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Figure 6.7 ULPI Transmit in Synchronous Mode  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Figure 6.8 ULPI Receive in Synchronous Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Figure 6.9 Entering Low Power Mode from Synchronous Mode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Figure 6.10 Exiting Low Power Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Figure 8.1 USB3311 QFN Application Diagram (Device) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
Figure 8.2 USB3311 BGA Application Diagram (Device) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
Figure 8.3 USB3311 QFN Application Diagram (Host or OTG)  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
Figure 8.4 USB3311 BGA Application Diagram (Host or OTG)  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
Figure 9.1 24-pin QFN, 4x4mm Body, 0.5mm Pitch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
Figure 9.2 QFN, 4x4 Tape & Reel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
Figure 9.3 25-Pin VFBGA, 3x3mm Body, 0.5mm Pitch. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
Figure 9.4 VFBGA, 3x3 Tape & Reel  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
Figure 9.5 Reel Dimensions  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
Figure 9.6 QFN, 4x4 Package Marking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
Figure 9.7 VFBGA, 3x3 Package Marking  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

/var/www/html/datasheet/sites/default/files/pdfhtml_dummy/3311-html.html
background image

Hi-Speed USB Transceiver with 1.8V ULPI Interface - 26MHz Reference Clock

Datasheet

SMSC USB3311 REV C

7

Revision 2.1 (06-10-10)

DATASHEET

List of Tables

Table 2.1

USB3311 Pin Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Table 3.1

Absolute Maximum Ratings  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Table 3.2

Recommended Operating Conditions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Table 4.1

Electrical Characteristics: Operating Current . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Table 4.2

Electrical Characteristics: CLKOUT Specifications. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

Table 4.3

ULPI Interface Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

Table 4.4

Digital IO Characteristics: RESETB, CLKOUT, STP, DIR, NXT, DATA[7:0] & REFCLK Pins . . . . . . . . . 16

Table 4.5

DC Characteristics: Analog I/O Pins (DP/DM)  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

Table 4.6

Dynamic Characteristics: Analog I/O Pins (DP/DM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

Table 4.7

OTG Electrical Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

Table 4.8

USB Audio Switch Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

Table 4.9

Regulator Output Voltages and Capacitor Requirement  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

Table 4.10 ESD and LATCH-UP Performance. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Table 5.1

DP/DM Termination vs. Signaling Mode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

Table 5.2

Operating Mode vs. Power Supply Configuration. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

Table 5.3

Valid Values of ID Resistance to Ground . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

Table 5.4

IdGnd and IdFloat vs. ID Resistance to Ground . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

Table 5.5

External Vbus Indicator Logic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

Table 5.6

USB Weak Pull-up Enable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

Table 5.7

USB Audio Switch Enable  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

Table 6.1

ULPI Interface Signals  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

Table 6.2

ULPI TXD CMD Byte Encoding  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

Table 6.3

ULPI RX CMD Encoding. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

Table 6.4

Interface Signal Mapping During Low Power Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

Table 6.5

Pin Definitions in 3 pin Serial Mode  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

Table 6.6

Pin Definitions in 6 pin Serial Mode  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

Table 6.7

Pin Definitions in Carkit Mode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

Table 6.8

Pin Definitions in Headset Audio Mode  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

Table 7.1

ULPI Register Map . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

Table 8.1

Component Values in Application Diagrams  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

Table 8.2

Capacitance Values at VBUS of USB Connector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

Table 10.1  Customer Revision History  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

/var/www/html/datasheet/sites/default/files/pdfhtml_dummy/3311-html.html
background image

Hi-Speed USB Transceiver with 1.8V ULPI Interface - 26MHz Reference Clock

Datasheet

Revision 2.1 (06-10-10)

8

SMSC USB3311 REV C

DATASHEET

Chapter 1 General Description

The USB3311 is a highly integrated Hi-Speed USB 2.0 Transceiver (PHY) that supports systems
architectures based on a 26MHz reference clock.

 

It is designed to be used in both commercial and

industrial temperature applications.

The USB3311 meets all of the electrical requirements to be used as a Hi-Speed USB Host, Device, or
an On-the-Go (OTG) device. In addition to the supporting USB signaling the USB3311 also provides
USB UART mode and USB Audio mode.

USB3311 uses the industry standard UTMI+ Low Pin Interface (ULPI) to connect the USB PHY to the
Link. The industry standard ULPI interface uses a method of in-band signaling and status byte transfers
between the Link and PHY, to facilitate a USB session. By using in-band signaling and status byte
transfers the ULPI interface requires only 12 pins.

The USB3311 uses SMSC’s “wrapper-less” technology to implement the ULPI interface. This “wrapper-
less” technology allows the PHY to achieve a low latency transmit and receive time. SMSC’s low
latency transceiver allows an existing UTMI Link to be reused by adding a UTMI to ULPI bridge. By
adding a bridge to the ASIC the existing and proven UTMI Link IP can be reused.

The USB3311 is designed to run with a 26MHz reference clock. By using a reference clock from the
Link the USB3311 is able to remove the cost of a crystal reference from the design.

Figure 1.1 USB3311 Block Diagram

OTG

Carkit

Hi-Speed 

USB 

Transceiver

ULPI 

Interface

ULPI 

Registers 

and State 

Machine

BIAS

Low Jitter

Integrated 

PLL

Integrated 

Power 

Management

VBUS

ID

DP

DM

RBIAS

ESD Prot

e

ctio

n

SP

KR_

L

SP

KR

_R

/M

REFCLK

DATA[7:0]

RESETB

VDD18

VDD33

VBAT

DIR

NXT

STP

CLKOUT

/var/www/html/datasheet/sites/default/files/pdfhtml_dummy/3311-html.html
background image

Hi-Speed USB Transceiver with 1.8V ULPI Interface - 26MHz Reference Clock

Datasheet

SMSC USB3311 REV C

9

Revision 2.1 (06-10-10)

DATASHEET

The USB3311 includes a integrated 3.3V LDO regulator to generate its own supply from power applied
at the VBAT pin. The voltage on the VBAT pin can range from 3.1 to 5.5V. The regulator dropout
voltage is less than 100mV which allows the PHY to continue USB signaling when the voltage on
VBAT drops to 3.1V. The USB transceiver will continue to operate at lower voltages, although some
parameters may be outside the limits of the USB specifications. If the user would like to provide a 3.3V
supply to the USB3311, the VBAT and VDD33 pins should be connected together as described in

Section 5.5.1

.

The USB3311 also includes integrated pull-up resistors that can be used for detecting the attachment
of a USB Charger. By sensing the attachment to a USB Charger, a product using the USB3311 can
charge its battery at more than the 500mA allowed when charging from a USB Host as described in

Section 8.2

.

The USB3311 also includes support for USB audio modes. The user can program the PHY into UART
or audio mode while in synchronous mode. 

In USB UART mode, the USB3311 DP and DM pins are redefined to enable pass-through of
asynchronous serial data. The USB3311 can only enter UART mode when the user programs the part
into this mode, as described in 

Section 6.4.1

.

In USB audio mode, the DP pin is shorted to the SPKR_R/M pin with a switch. The DM pin is shorted
to the SPKR_L pin. These switches are on when the RESETB pin of the USB3311 is asserted. Audio
signals may be transferred over the USB cable as described in 

Section 6.4.2

. In addition to audio

signals, the switches can also be used to connect Full Speed USB from another PHY onto the USB
cable.

/var/www/html/datasheet/sites/default/files/pdfhtml_dummy/3311-html.html
background image

Hi-Speed USB Transceiver with 1.8V ULPI Interface - 26MHz Reference Clock

Datasheet

Revision 2.1 (06-10-10)

10

SMSC USB3311 REV C

DATASHEET

Chapter 2 USB3311 Pin Locations and Definitions

2.1

  USB3311

 

Pin Locations and Descriptions

2.1.1

Package Diagram with Pin Locations

The pinout below is viewed from the top of the package.

Figure 2.1 USB3311 QFN Pinout - Top View

Figure 2.2 USB3311 VFBGA Pinout - Top View

VBUS

ID

VDD3.3

DM

DP

NXT

DIR

ST

P

DATA0

DATA2

DATA3

DATA1

RB

IAS

VDD1

.8

RE

F

C

LK

DA

T

A

4

DA

T

A

6

DA

T

A

7

DA

T

A

5

RE

SET

B

VBAT

SP

K

R

_L

S

PKR_

R

/M

CLKOUT

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

18

17

16

15

14

13

24

23

22

21

20

19

24Pin QFN

4x4mm

A

E

D

C

B

1

5

4

3

2

TOP VIEW

Maker
Microchip Technology Inc.
Datasheet PDF Download