探索PCI1520/PCI1520I：PC Card控制器的技術(shù)剖析

在當(dāng)今數(shù)字化的時(shí)代，PC Card控制器在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中扮演著至關(guān)重要的角色。今天，我們將深入探討德州儀器（TI）的PCI1520/PCI1520I PC Card控制器，從其基本特性到電氣性能，進(jìn)行全面的剖析。

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一、PCI1520概述

PCI1520是一款208引腳的雙插槽CardBus控制器，專為滿足PCI總線電源管理接口規(guī)范而設(shè)計(jì)，適用于PCI到CardBus橋接應(yīng)用。它支持兩個(gè)獨(dú)立的卡插槽，兼容PC Card標(biāo)準(zhǔn)（修訂版7.1），無論是筆記本電腦還是臺(tái)式機(jī)，都能成為PCI與PC卡之間橋接的理想選擇。

特性亮點(diǎn)

1. 低功耗高性能：采用先進(jìn)的互補(bǔ)金屬 - 氧化物半導(dǎo)體（CMOS）工藝，在高達(dá)33 MHz的PCI時(shí)鐘速率下運(yùn)行時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)低系統(tǒng)功耗。同時(shí)，還具備多種低功耗模式，可進(jìn)一步降低功耗。
2. 廣泛的兼容性：完全符合PCI本地總線規(guī)范，其PCI接口既可以作為PCI主設(shè)備，也可以作為PCI從設(shè)備。此外，它還與PCI總線電源管理接口規(guī)范（修訂版1.1）兼容。所有卡信號(hào)都進(jìn)行了內(nèi)部緩沖，支持熱插拔，無需外部緩沖。
3. 豐富的功能特性：支持多種系統(tǒng)中斷信號(hào)選項(xiàng)，包括并行PCI、并行ISA、序列化ISA和序列化PCI。還提供通用輸入輸出（GPIO），方便板級(jí)設(shè)計(jì)師實(shí)現(xiàn)邊帶功能。例如，其具備LED插槽活動(dòng)指示燈，可直觀顯示PC卡的訪問狀態(tài)。

二、引腳描述

PCI1520有三種封裝形式：208引腳的低輪廓四方扁平封裝（PDV）和兩種209引腳的MicroStar BGA?球柵陣列封裝（GHK/ZHK）。GHK和ZHK封裝在機(jī)械和電氣性能上相同，但ZHK是無鉛設(shè)計(jì)。

引腳分配

文檔中詳細(xì)列出了不同封裝形式下的引腳分配，包括CardBus和16位PC卡的信號(hào)名稱。例如，在GHK封裝中，終端E5是用于設(shè)備定向的標(biāo)識(shí)球，內(nèi)部無連接。通過這些引腳分配表，我們可以清晰地了解每個(gè)引腳對應(yīng)的信號(hào)，為硬件設(shè)計(jì)提供了重要的參考。

引腳功能分類

引腳按功能進(jìn)行了分組，如PCI系統(tǒng)功能、電源供應(yīng)功能等。以電源供應(yīng)引腳為例，包括GND、Vcc、VCCA、VCCB、VccP等，不同的引腳為不同的功能模塊提供電源。其中，VR_EN和VR_PORT引腳用于控制內(nèi)部電壓調(diào)節(jié)器的啟用和輸入輸出，為核心邏輯提供穩(wěn)定的電源。

三、特性與協(xié)議描述

電源供應(yīng)順序

PCI1520包含3.3 V的I/O緩沖器，具有5 V容限，需要I/O電源和LDO - VR電源為核心邏輯供電。核心電源始終為2.5 V，可以通過VR_PORT引腳（當(dāng)VR_EN為高電平時(shí)）或集成的LDO - VR提供。在電源上電和下電過程中，需要遵循特定的順序，以確保輸出驅(qū)動(dòng)器在高阻抗?fàn)顟B(tài)下進(jìn)行操作，防止通過鉗位二極管產(chǎn)生高電流。

I/O特性與鉗位電壓

其I/O特性滿足1997年P(guān)C卡標(biāo)準(zhǔn)和PCI本地總線規(guī)范的交流規(guī)格。未使用的輸入或I/O引腳必須保持高電平或低電平，以防止浮動(dòng)。鉗位電壓可設(shè)置為3.3 V或5 V，以匹配外部環(huán)境，通過3.3 V的I/O緩沖器和相應(yīng)的鉗位二極管，保護(hù)核心免受外部信號(hào)的影響。

PCI接口

PCI1520完全符合PCI本地總線規(guī)范，提供PCI主設(shè)備或從設(shè)備操作所需的所有信號(hào)。在電源上電過程中，GRST和PRST信號(hào)必須被斷言，且GRST信號(hào)在PCLK穩(wěn)定100 μs后才能被釋放。此外，還提供了可選的中斷信號(hào)INTA和INTB。

PC卡應(yīng)用

1. 卡插入/移除與識(shí)別：通過卡檢測和電壓感測信號(hào)，根據(jù)PC卡標(biāo)準(zhǔn)（版本7.1）的編碼方案，確定卡的類型和電壓要求。
2. P2C電源開關(guān)接口：提供PCMCIA外圍控制（P2C）接口，與TI TPS222X雙插槽PC卡電源接口開關(guān)配合使用，實(shí)現(xiàn)電源開關(guān)的控制。
3. 縮放視頻支持：通過設(shè)置卡控制寄存器中的相應(yīng)位，支持PC卡的縮放視頻（ZV）功能。在縮放視頻模式下，可將16位PC卡地址線用于視頻和音頻數(shù)據(jù)傳輸。
4. 揚(yáng)聲器和音頻應(yīng)用：SPKROUT引腳可將PC卡的數(shù)字音頻信號(hào)傳輸?shù)较到y(tǒng)，支持16位PC卡的SPKR信號(hào)和CardBus的CAUDIO信號(hào)。
5. LED插槽活動(dòng)指示燈：通過多功能引腳輸出活動(dòng)高信號(hào)，指示PC卡的訪問狀態(tài)，為用戶提供直觀的反饋。

串行總線接口

PCI1520提供串行總線接口，可從串行EEPROM加載子系統(tǒng)標(biāo)識(shí)信息和選定的寄存器默認(rèn)值，也可作為PC卡電源開關(guān)接口的替代方案。該接口兼容各種I2C和SMBus組件，通過特定的引腳配置和協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

可編程中斷子系統(tǒng)

為滿足PC卡I/O應(yīng)用的中斷需求，PCI1520提供了多種中斷信號(hào)方案，包括并行PCI、并行ISA、序列化ISA和序列化PCI。PC卡中斷可分為卡狀態(tài)變化（CSC）和功能中斷，通過不同的寄存器和協(xié)議進(jìn)行控制和管理。

電源管理

1. 集成LDO - VR：可通過內(nèi)部LDO - VR為核心提供2.5 V電源，也可通過外部電源供應(yīng)。
2. 時(shí)鐘運(yùn)行協(xié)議：PCI CLKRUN功能是PCI接口的主要電源管理方法，在特定條件下，可停止或重啟PCI時(shí)鐘。
3. CardBus和16位PC卡電源管理：分別通過不同的寄存器位實(shí)現(xiàn)對CardBus和16位PC卡的電源管理，如停止時(shí)鐘、進(jìn)入高阻抗?fàn)顟B(tài)等，以節(jié)省功耗。
4. 掛起模式：SUSPEND信號(hào)可防止在復(fù)位信號(hào)斷言時(shí)清除寄存器內(nèi)容，將PCI輸出置于高阻抗?fàn)顟B(tài)，并在內(nèi)部屏蔽PCLK信號(hào)，實(shí)現(xiàn)低功耗運(yùn)行。
5. 振鈴指示：RI_OUT輸出可使系統(tǒng)進(jìn)入掛起模式，并在檢測到調(diào)制解調(diào)器振鈴或其他卡事件時(shí)喚醒系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的電源管理靈活性。
6. PCI電源管理：遵循PCI總線電源管理接口規(guī)范，PCI功能可分配七種電源管理狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)不同級(jí)別的電源節(jié)省。

四、編程模型

PCI配置寄存器

PCI1520是多功能PCI設(shè)備，其PCI配置寄存器構(gòu)成了每個(gè)PCI功能的256字節(jié)PCI配置頭。這些寄存器包括設(shè)備ID、廠商ID、命令寄存器、狀態(tài)寄存器等，每個(gè)寄存器都有特定的功能和默認(rèn)值。通過對這些寄存器的編程，可實(shí)現(xiàn)對PCI1520的各種功能控制。

ExCA兼容性寄存器

ExCA寄存器與英特爾82365SL - DF PCMCIA控制器兼容，通過特定的偏移值進(jìn)行訪問。這些寄存器可控制卡的復(fù)位、類型、中斷路由和中斷啟用等功能，對于確保PCI1520的中斷信號(hào)能夠正確路由到可編程中斷控制器至關(guān)重要。

CardBus插槽寄存器

PCI1520提供了一系列CardBus插槽寄存器，用于報(bào)告和控制插槽特定的功能。例如，插槽事件寄存器可指示插槽狀態(tài)的變化，插槽掩碼寄存器可控制產(chǎn)生狀態(tài)變化中斷的事件。

五、電氣特性

絕對最大額定值

文檔給出了PCI1520在不同條件下的絕對最大額定值，包括電源電壓范圍、輸入輸出電壓范圍、輸入輸出鉗位電流、存儲(chǔ)溫度范圍和虛擬結(jié)溫等。這些額定值為我們在設(shè)計(jì)過程中確保設(shè)備的安全運(yùn)行提供了重要的參考。

推薦工作條件

在推薦工作條件下，詳細(xì)列出了電源電壓、輸入輸出電壓、輸入轉(zhuǎn)換時(shí)間、工作環(huán)境溫度范圍和虛擬結(jié)溫等參數(shù)。同時(shí)，強(qiáng)調(diào)未使用的引腳必須保持高電平或低電平，以防止浮動(dòng)。

電氣特性參數(shù)

文檔還提供了在推薦工作條件下的電氣特性參數(shù)，如輸入高電平電壓、輸入低電平電壓、輸出高電平電壓、輸出低電平電壓等。這些參數(shù)對于評估設(shè)備的性能和進(jìn)行電路設(shè)計(jì)具有重要意義。

六、機(jī)械信息

PCI1520有209球的GHK/ZHK BGA和208引腳的PDV兩種封裝形式。文檔給出了這兩種封裝的機(jī)械尺寸和相關(guān)的包裝信息，包括引腳數(shù)量、包裝數(shù)量、環(huán)保計(jì)劃、引腳涂層/球材料、濕度敏感度等級(jí)等。對于需要進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)和產(chǎn)品組裝的工程師來說，這些信息是必不可少的。

總結(jié)

PCI1520/PCI1520I PC Card控制器以其豐富的功能、廣泛的兼容性和低功耗特性，為PCI與PC卡之間的橋接應(yīng)用提供了強(qiáng)大的支持。通過深入了解其引腳描述、特性協(xié)議、編程模型、電氣特性和機(jī)械信息，電子工程師可以更好地進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)和開發(fā)，充分發(fā)揮該控制器的性能優(yōu)勢。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的需求，合理選擇封裝形式、配置寄存器，并注意電源管理和信號(hào)完整性等問題，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。希望本文能為廣大電子工程師在使用PCI1520時(shí)提供有價(jià)值的參考。