探索PCI1520/PCI1520I：PC Card控制器的技術剖析

在當今數字化的時代，PC Card控制器在計算機系統中扮演著至關重要的角色。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，進行全面的剖析。

文件下載：PCI1520IPDVEP.pdf

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范而設計，適用于PCI到CardBus橋接應用。它支持兩個獨立的卡插槽，兼容PC Card標準（修訂版7.1），無論是筆記本電腦還是臺式機，都能成為PCI與PC卡之間橋接的理想選擇。

特性亮點

1. 低功耗高性能：采用先進的互補金屬 - 氧化物半導體（CMOS）工藝，在高達33 MHz的PCI時鐘速率下運行時，能夠實現低系統功耗。同時，還具備多種低功耗模式，可進一步降低功耗。
2. 廣泛的兼容性：完全符合PCI本地總線規范，其PCI接口既可以作為PCI主設備，也可以作為PCI從設備。此外，它還與PCI總線電源管理接口規范（修訂版1.1）兼容。所有卡信號都進行了內部緩沖，支持熱插拔，無需外部緩沖。
3. 豐富的功能特性：支持多種系統中斷信號選項，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），方便板級設計師實現邊帶功能。例如，其具備LED插槽活動指示燈，可直觀顯示PC卡的訪問狀態。

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封裝在機械和電氣性能上相同，但ZHK是無鉛設計。

引腳分配

文檔中詳細列出了不同封裝形式下的引腳分配，包括CardBus和16位PC卡的信號名稱。例如，在GHK封裝中，終端E5是用于設備定向的標識球，內部無連接。通過這些引腳分配表，我們可以清晰地了解每個引腳對應的信號，為硬件設計提供了重要的參考。

引腳功能分類

引腳按功能進行了分組，如PCI系統功能、電源供應功能等。以電源供應引腳為例，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引腳用于控制內部電壓調節器的啟用和輸入輸出，為核心邏輯提供穩定的電源。

三、特性與協議描述

電源供應順序

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VR_EN為高電平時）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，以確保輸出驅動器在高阻抗狀態下進行操作，防止通過鉗位二極管產生高電流。

I/O特性與鉗位電壓

其I/O特性滿足1997年PC卡標準和PCI本地總線規范的交流規格。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。鉗位電壓可設置為3.3 V或5 V，以匹配外部環境，通過3.3 V的I/O緩沖器和相應的鉗位二極管，保護核心免受外部信號的影響。

PCI接口

PCI1520完全符合PCI本地總線規范，提供PCI主設備或從設備操作所需的所有信號。在電源上電過程中，GRST和PRST信號必須被斷言，且GRST信號在PCLK穩定100 μs后才能被釋放。此外，還提供了可選的中斷信號INTA和INTB。

PC卡應用

1. 卡插入/移除與識別：通過卡檢測和電壓感測信號，根據PC卡標準（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卡電源接口開關配合使用，實現電源開關的控制。
3. 縮放視頻支持：通過設置卡控制寄存器中的相應位，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據傳輸。
4. 揚聲器和音頻應用：SPKROUT引腳可將PC卡的數字音頻信號傳輸到系統，支持16位PC卡的SPKR信號和CardBus的CAUDIO信號。
5. LED插槽活動指示燈：通過多功能引腳輸出活動高信號，指示PC卡的訪問狀態，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加載子系統標識信息和選定的寄存器默認值，也可作為PC卡電源開關接口的替代方案。該接口兼容各種I2C和SMBus組件，通過特定的引腳配置和協議實現數據傳輸。

可編程中斷子系統

為滿足PC卡I/O應用的中斷需求，PCI1520提供了多種中斷信號方案，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變化（CSC）和功能中斷，通過不同的寄存器和協議進行控制和管理。

電源管理

1. 集成LDO - VR：可通過內部LDO - VR為核心提供2.5 V電源，也可通過外部電源供應。
2. 時鐘運行協議：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時鐘。
3. CardBus和16位PC卡電源管理：分別通過不同的寄存器位實現對CardBus和16位PC卡的電源管理，如停止時鐘、進入高阻抗狀態等，以節省功耗。
4. 掛起模式：SUSPEND信號可防止在復位信號斷言時清除寄存器內容，將PCI輸出置于高阻抗狀態，并在內部屏蔽PCLK信號，實現低功耗運行。
5. 振鈴指示：RI_OUT輸出可使系統進入掛起模式，并在檢測到調制解調器振鈴或其他卡事件時喚醒系統，提高了系統的電源管理靈活性。
6. PCI電源管理：遵循PCI總線電源管理接口規范，PCI功能可分配七種電源管理狀態，實現不同級別的電源節省。

四、編程模型

PCI配置寄存器

PCI1520是多功能PCI設備，其PCI配置寄存器構成了每個PCI功能的256字節PCI配置頭。這些寄存器包括設備ID、廠商ID、命令寄存器、狀態寄存器等，每個寄存器都有特定的功能和默認值。通過對這些寄存器的編程，可實現對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行訪問。這些寄存器可控制卡的復位、類型、中斷路由和中斷啟用等功能，對于確保PCI1520的中斷信號能夠正確路由到可編程中斷控制器至關重要。

CardBus插槽寄存器

PCI1520提供了一系列CardBus插槽寄存器，用于報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的變化，插槽掩碼寄存器可控制產生狀態變化中斷的事件。

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、存儲溫度范圍和虛擬結溫等。這些額定值為我們在設計過程中確保設備的安全運行提供了重要的參考。

推薦工作條件

在推薦工作條件下，詳細列出了電源電壓、輸入輸出電壓、輸入轉換時間、工作環境溫度范圍和虛擬結溫等參數。同時，強調未使用的引腳必須保持高電平或低電平，以防止浮動。

電氣特性參數

文檔還提供了在推薦工作條件下的電氣特性參數，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。這些參數對于評估設備的性能和進行電路設計具有重要意義。

六、機械信息

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械尺寸和相關的包裝信息，包括引腳數量、包裝數量、環保計劃、引腳涂層/球材料、濕度敏感度等級等。對于需要進行PCB設計和產品組裝的工程師來說，這些信息是必不可少的。

總結

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卡之間的橋接應用提供了強大的支持。通過深入了解其引腳描述、特性協議、編程模型、電氣特性和機械信息，電子工程師可以更好地進行硬件設計和開發，充分發揮該控制器的性能優勢。在實際應用中，我們需要根據具體的需求，合理選擇封裝形式、配置寄存器，并注意電源管理和信號完整性等問題，以確保系統的穩定運行。希望本文能為廣大電子工程師在使用PCI1520時提供有價值的參考。