MCP2221A-I/ST es el chip puente USB 2.0 a I2C/UART de Microchip. No es nuevo, pero es muy adecuado para construir una pequeña herramienta que siempre está lista en el banco: un lado se conecta a una PC a través de USB, mientras que el otro lado expone I2C, UART y algunos pines GPIO para lecturas de registros temporales, escrituras de configuración y depuración de periféricos a nivel de placa.

Comencé a prestarle atención porque MCP2221A aparece a menudo cuando la gente habla sobre la modificación de VRM ICC_MAX para CPU OEM de alto TDC en plataformas LGA3647. Muchas herramientas existentes lo utilizan para convertir una PC en un host USB-I2C y luego acceder a los controladores VRM en la placa base.

Qué puede hacer este chip

Las funciones principales de MCP2221A son sencillas:

-USB a UART. -USB a I2C.

• Cuatro pines GP reutilizables.
• Compatibilidad con dispositivos compuestos USB CDC y HID.
• VID, PID, descriptores de cadena y configuraciones de inicio configurables a través de herramientas de configuración.

En otras palabras, puede funcionar como un chip USB a serie normal, pero también puede actuar como un puente USB-I2C sin necesidad de su propio firmware MCU.

Parámetros clave

El MCP2221A-I/ST listado por LCSC es el dispositivo Microchip original. Su número de pieza LCSC es “C130462” y el paquete es “TSSOP-14”.

Los principales parámetros que vale la pena recordar son:

• USB: USB 2.0 de máxima velocidad, 12 Mbps.
• UART: hasta 460800 bps.
• I2C: funciona como Host I2C, hasta 400 kHz.
• Tensión de alimentación: 3.0V a 5.5V.
• Temperatura de funcionamiento: grado industrial, -40 ℃ a +85 ℃.
• GPIO: cuatro pines GP, reutilizables como salidas LED, ADC, DAC, salida de reloj, detección de interrupciones y otras funciones.
• Paquete: MCP2221A-I/ST es TSSOP-14.

Está muy cerca del antiguo MCP2221. La principal diferencia es que “MCP2221A” aumenta la velocidad máxima en baudios de UART de “115200” a “460800”.

Por qué funciona bien como herramienta de depuración

Muchas tareas de depuración de hardware solo requieren acceso temporal a un bus, y no vale la pena escribir firmware MCU dedicado.

Por ejemplo:

• Escaneo de direcciones I2C.
• Lectura de EEPROM o registros de sensores.
• Configuración de controladores PMBus/VRM.
• Dejar una consola UART temporal en una placa.
• Tirar de un pin de habilitación hacia arriba o hacia abajo con GPIO.
• Construcción de una pequeña placa adaptadora interna USB-I2C/UART.

Lo bueno de MCP2221A es su soporte maduro para PC. En Windows, puede enumerarse como un dispositivo USB compuesto: UART usa CDC, mientras que el control I2C usa HID. Para una herramienta temporal, eso es mucho más fácil que mantener una pila de firmware USB personalizada.

Notas sobre el lado I2C

MCP2221A es adecuado como host I2C. No debe tratarse como un dispositivo de captura universal de alta velocidad.

Algunos errores comunes:

• I2C alcanza un máximo de “400 kHz”; no lo utilice con las expectativas de un analizador lógico de alta velocidad.
• Las resistencias pull-up I2C aún deben diseñarse en función del voltaje de la placa objetivo y la capacitancia del bus.
• Cuando se conecta a una placa objetivo alimentada, compartir tierra y conectar solo “SCL” y “SDA” suele ser más seguro. No alimente casualmente la placa objetivo desde el adaptador.
• Si la placa de destino ya tiene un BMC, PCH u otro controlador en el mismo bus I2C, el arbitraje del bus y el tiempo de acceso se vuelven más complicados.
• Antes de escribir los parámetros VRM, EEPROM o PMBus, confirme la dirección, el registro y los efectos secundarios de la escritura. En escenarios de reparación y modificación de placas, la parte más peligrosa no suele ser el chip en sí. Está mal conectado “SCL”, “SDA”, “GND” o un pin de alimentación.

Para qué sirve el lado UART

El lado UART admite hasta 460800 bps, que es suficiente para registros normales, líneas de comando y configuración de dispositivos.

Si solo necesita reemplazar un adaptador USB-UART estilo CH340 o CP2102, es posible que “MCP2221A” no sea la opción más barata. Su valor es que el mismo chip también proporciona I2C y GPIO, lo que lo hace más adecuado para un adaptador de depuración multifunción que un cable serie de menor costo.

No desperdicies los pines GP

Los cuatro pines GP en MCP2221A se pueden configurar para diferentes funciones. Los usos comunes incluyen:

• Entrada y salida GPIO normales.
• LED de actividad UART.
• SSPND suspende la salida de estado.
• USBCFG, utilizado para indicar que se ha completado la enumeración USB.
• Entrada ADC. -Salida DAC.
• Salida de reloj configurable.
• Detección de borde de interrupción externa.

Si está haciendo su propia tabla pequeña, vale la pena colocar estos pines en las almohadillas o encabezados. Incluso si no los necesita al principio, pueden resultar útiles más adelante durante la depuración.

Notas básicas de diseño de tablero

Una placa adaptadora simple MCP2221A generalmente puede seguir este esquema:

1. Conecte el puerto USB a D+ y D- del chip.
2. Alimente VDD desde 3.3V o 5V, según el diseño previsto.
3. Agregue el condensador de desacoplamiento requerido en “VUSB” de acuerdo con la hoja de datos.
4. Lleve SCL y SDA a un encabezado y reserve posiciones de resistencia pull-up.
5. Lleve URx y UTx a un encabezado.
6. Saque GP0 a GP3 siempre que sea posible.
7. Maneje RST de acuerdo con el circuito recomendado para que no flote y provoque reinicios inesperados.
8. Agregue protección ESD cerca del conector USB si es necesario.

Si la placa se utiliza principalmente con objetivos externos desconocidos, el lado I2C debe reservar la selección de nivel, las opciones de habilitación de resistencia pull-up y la protección. Cuanto más a menudo se conecte y desenchufe un cable de depuración, más seriamente deberá tratar el cableado incorrecto y la descarga estática.

Buenos casos de uso

MCP2221A encaja bien cuando:

• Quieres un pequeño adaptador de depuración USB-I2C/UART.
• Quiere que la PC acceda directamente a los dispositivos I2C.
• No desea escribir firmware USB dedicado.
• El tablero de herramientas también necesita algunos pines GPIO simples.
• Debe trabajar en Windows con archivos DLL, herramientas de configuración o scripts de terceros existentes.

No encaja tan bien cuando:

• Sólo necesitas el USB-UART de menor coste.
• Necesita una velocidad de transmisión UART más alta.
• Necesita I2C o SPI de alta velocidad.
• Necesita una sincronización GPIO compleja.
• El objetivo es el controlador principal de un dispositivo de producción en lugar de un puente de depuración.

Resumen

MCP2221A-I/ST tiene una función clara: no es un chip de captura de alto rendimiento y no es una MCU completa. Es un práctico puente USB a I2C/UART. Su punto fuerte es que elimina la necesidad de firmware USB y conecta rápidamente una PC a I2C, UART y algunos pines GPIO. Si su trabajo a menudo implica depuración a nivel de placa, configuración de registros I2C, lecturas y escrituras de parámetros PMBus o VRM, es muy útil tener cerca una placa pequeña basada en MCP2221A. Antes de usarlo en hardware real, la parte importante no es memorizar todos los parámetros, sino confirmar la potencia, la tierra común, los pull-ups, los niveles de voltaje y si la placa de destino ya tiene otro controlador ocupando el bus.

Referencias

• Página del producto Microchip MCP2221A: https://www.microchip.com/en-us/product/mcp2221a
• Hoja de datos de Microchip MCP2221A: https://www.microchip.com/content/dam/mchp/documents/APID/ProductDocuments/DataSheets/MCP2221A-Data-Sheet-DS20005565D.pdf
• LCSC MCP2221A-I/ST: https://item.szlcsc.com/141750.html