Freescale MCF5373微處理器：特性、設(shè)計(jì)考量與電氣規(guī)格解析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，微處理器是眾多項(xiàng)目的核心。Freescale的MCF5373微處理器憑借其豐富的功能和出色的性能，在眾多應(yīng)用場景中展現(xiàn)出強(qiáng)大的優(yōu)勢。今天，我們就來深入了解一下這款微處理器。

文件下載：MCF5372LCVM240.pdf

1. MCF5373概述

1.1 產(chǎn)品特性

MCF5373采用了Version 3 ColdFire可變長度RISC處理器核心，具備系統(tǒng)調(diào)試支持和JTAG支持，方便進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)板測試。它擁有多種片上存儲(chǔ)器，包括16 - Kbyte統(tǒng)一回寫緩存和32 - Kbyte雙端口SRAM，可被核心和非核心總線主控（如DMA、FEC和USB主機(jī)及OTG）訪問。此外，它還具備電源管理、嵌入式VoIP系統(tǒng)解決方案、SDR/DDR SDRAM控制器、USB主機(jī)和OTG控制器等豐富功能。

1.2 家族對(duì)比

MCF537x家族有多種設(shè)備衍生型號(hào)，如MCF5372、MCF5372L、MCF53721、MCF5373和MCF5373L。不同型號(hào)在核心時(shí)鐘、外設(shè)和外部總線時(shí)鐘、性能、功能模塊等方面存在差異。例如，MCF5373和MCF5373L具備密碼硬件加速器，而MCF5372和MCF5372L則沒有。

1.3 訂購信息

提供了不同型號(hào)的訂購信息，包括產(chǎn)品描述、封裝、速度和溫度范圍。例如，MCF5372CAB180采用160 QFP封裝，時(shí)鐘速度為180 MHz，工作溫度范圍為 - 40° 至 + 85°C。

2. 硬件設(shè)計(jì)考量

2.1 PLL電源濾波

為增強(qiáng)噪聲隔離，強(qiáng)烈建議為PLL模擬 (V{DD}) 引腳使用外部濾波器。將濾波器連接在板 (V{DD}) 和 (PLLV{DD}) 引腳之間，電阻和電容應(yīng)盡可能靠近專用 (PLLV{DD}) 引腳放置。

2.2 USB電源濾波

為最小化噪聲，每個(gè)USB電源引腳都需要外部濾波器。濾波器連接在板 (EV{DD}) 或 (IV{DD}) 和每個(gè) (USBV{DD}) 引腳之間，電阻和電容同樣要靠近專用 (USBV{DD}) 引腳。此外，還建議并聯(lián)一個(gè)0.01 F的電容。

2.3 電源電壓排序和分離注意事項(xiàng)

在電源上電和掉電序列中， (SDV{DD}) 和 (EV{DD}) 之間的關(guān)系并不關(guān)鍵。上電時(shí)，若 (EV{DD} / SDV{DD}) 在 (IV{DD}) 為0 V時(shí)上電，I/O焊盤的感應(yīng)電路會(huì)使所有連接到 (EV{DD} / SDV{DD}) 的焊盤輸出驅(qū)動(dòng)器處于高阻抗?fàn)顟B(tài)。 (IV{DD}) 不應(yīng)在電源斜坡上升期間比 (EV{DD})、(SDV{DD}) 或 (PLLV{DD}) 領(lǐng)先超過0.4 V，否則內(nèi)部ESD保護(hù)二極管會(huì)有高電流。掉電時(shí)，若 (IV{DD} / PLLV{DD}) 先掉電，I/O焊盤的感應(yīng)電路會(huì)使所有輸出驅(qū)動(dòng)器處于高阻抗?fàn)顟B(tài)。 (IV{DD}) 不應(yīng)在掉電期間比 (EV{DD})、(SDV{DD}) 或 (PLLV{DD}) 低超過0.4 V，否則ESD保護(hù)二極管會(huì)有不期望的高電流。推薦的掉電序列是先將 (IV{DD} / PLLV{DD}) 降至0 V，再降低 (EV{DD} / SDV_{DD}) 電源。

3. 引腳分配和復(fù)位狀態(tài)

3.1 信號(hào)復(fù)用

文檔列出了MCF537x引腳按功能分組的信息，包括引腳的方向、電壓域、信號(hào)名稱、GPIO功能和備用功能等。需要注意的是，引腳的主要功能不一定是其默認(rèn)功能，與GPIO復(fù)用的引腳默認(rèn)具有GPIO功能。

3.2 引腳布局

提供了196 MAPBGA和160 QFP兩種封裝的引腳布局圖，方便工程師在設(shè)計(jì)電路板時(shí)進(jìn)行引腳連接。

4. 電氣特性

4.1 最大額定值

規(guī)定了核心電源電壓、CMOS焊盤電源電壓、DDR/內(nèi)存焊盤電源電壓、PLL電源電壓、數(shù)字輸入電壓、瞬時(shí)最大電流、工作溫度范圍和存儲(chǔ)溫度范圍等最大額定值。這些值是應(yīng)力額定值，在最大值下不能保證功能正常運(yùn)行，持續(xù)在這些水平下操作可能會(huì)影響設(shè)備可靠性或造成永久性損壞。

4.2 熱特性

給出了不同封裝（256MBGA、196MBGA、160QFP）的熱特性參數(shù)，如結(jié)到環(huán)境的熱阻、結(jié)到板的熱阻、結(jié)到外殼的熱阻等。還提供了計(jì)算芯片結(jié)溫的公式，幫助工程師評(píng)估設(shè)備的散熱情況。

4.3 ESD保護(hù)

ESD目標(biāo)為人身模型2000 V，所有ESD測試符合CDF - AEC - Q100汽車級(jí)集成電路應(yīng)力測試資格要求。

4.4 DC電氣規(guī)格

規(guī)定了核心電源電壓、PLL電源電壓、CMOS焊盤電源電壓、SDRAM和FlexBus電源電壓、USB電源電壓等的最小值和最大值，以及CMOS輸入輸出電壓、SDRAM和FlexBus輸入輸出電壓等參數(shù)。

4.5 振蕩器和PLL電氣特性

包括PLL參考頻率范圍、CLKOUT頻率、晶體啟動(dòng)時(shí)間、PLL鎖定時(shí)間、占空比等參數(shù)。最大允許輸入時(shí)鐘頻率在PLL啟用時(shí)為24MHz，更高頻率時(shí)處理器必須在LIMP模式下啟動(dòng)。

4.6 外部接口時(shí)序特性

介紹了FlexBus和SDRAM總線的時(shí)序特性。FlexBus是一個(gè)多功能外部總線接口，可連接到異步或同步設(shè)備，提供了其交流時(shí)序規(guī)格。SDRAM控制器支持標(biāo)準(zhǔn)SDRAM或DDR SDRAM，分別給出了SDR和DDR模式下的交流時(shí)序規(guī)格。

4.7 通用I/O時(shí)序

規(guī)定了FB_CLK高電平到GPIO輸出有效、無效的時(shí)間，以及GPIO輸入有效到FB_CLK高電平、FB_CLK高電平到GPIO輸入無效的時(shí)間。

4.8 復(fù)位和配置覆蓋時(shí)序

給出了RESET輸入有效到FB_CLK高電平、FB_CLK高電平到RESET輸入無效等時(shí)間參數(shù)，以及RESET輸入有效時(shí)間、RSTOUT有效到配置覆蓋有效等時(shí)間要求。

4.9 USB On - The - Go

MCF5373設(shè)備符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)USB 2.0規(guī)范。

4.10 SSI時(shí)序規(guī)格

提供了SSI在主模式和從模式下的交流時(shí)序參數(shù)，包括時(shí)鐘周期、脈沖寬度、信號(hào)輸出有效和無效時(shí)間等。

4.11 (I^{2}C) 輸入/輸出時(shí)序規(guī)格

規(guī)定了 (I^{2}C) 輸入和輸出的時(shí)序參數(shù)，如起始條件保持時(shí)間、時(shí)鐘低電平周期、數(shù)據(jù)保持時(shí)間等。

4.12 快速以太網(wǎng)AC時(shí)序規(guī)格

包括MII接收信號(hào)時(shí)序、MII發(fā)送信號(hào)時(shí)序、MII異步輸入信號(hào)時(shí)序和MII串行管理通道時(shí)序等參數(shù)，確保快速以太網(wǎng)通信的正常進(jìn)行。

4.13 32位定時(shí)器模塊時(shí)序規(guī)格

規(guī)定了定時(shí)器模塊的交流時(shí)序參數(shù)，如DTOIN/DT1IN/DT2IN/DT3IN的周期時(shí)間和脈沖寬度。

4.14 QSPI電氣規(guī)格

給出了QSPI的時(shí)序參數(shù)，如QSPI_CS[3:0]到QSPI_CLK的時(shí)間、QSPI_CLK高電平到QSPI_DOUT有效和無效的時(shí)間等。

4.15 JTAG和邊界掃描時(shí)序

規(guī)定了JTAG和邊界掃描的時(shí)序參數(shù)，包括TCLK頻率、周期、脈沖寬度、邊界掃描輸入數(shù)據(jù)設(shè)置時(shí)間和保持時(shí)間等。

4.16 調(diào)試AC時(shí)序規(guī)格

提供了調(diào)試的交流時(shí)序參數(shù)，如PSTCLK周期時(shí)間、PSTCLK上升到PSTDDATA有效和無效的時(shí)間等。

5. 電流消耗

給出了不同低功耗模式（停止模式、等待/休眠模式、運(yùn)行模式）下的典型電流消耗數(shù)據(jù)，以及不同頻率下的典型活動(dòng)電流消耗規(guī)格。這些數(shù)據(jù)有助于工程師評(píng)估設(shè)備的功耗，優(yōu)化電源設(shè)計(jì)。

6. 封裝信息

提供了196 MAPBGA和160 QFP兩種封裝的尺寸圖和相關(guān)說明，方便工程師進(jìn)行電路板設(shè)計(jì)和機(jī)械安裝。

7. 修訂歷史

記錄了文檔的修訂歷史，包括每次修訂的主要更改內(nèi)容和發(fā)布日期，有助于工程師了解產(chǎn)品的改進(jìn)和發(fā)展。

在設(shè)計(jì)基于MCF5373微處理器的系統(tǒng)時(shí)，工程師需要仔細(xì)考慮上述各個(gè)方面的特性和要求，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和性能。同時(shí)，要根據(jù)具體的應(yīng)用場景和需求，合理選擇合適的型號(hào)和配置，以實(shí)現(xiàn)最佳的設(shè)計(jì)效果。大家在使用MCF5373的過程中，有沒有遇到過一些特別的問題或者有什么獨(dú)特的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)兀繗g迎在評(píng)論區(qū)分享。