探索P3S0210BQ：雙路雙向I3C總線開關(guān)與電壓電平轉(zhuǎn)換器

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，總線開關(guān)和電壓電平轉(zhuǎn)換器是實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備之間通信和信號(hào)轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵組件。今天，我們將深入探討NXP推出的P3S0210BQ，這是一款功能強(qiáng)大的雙路雙向I3C總線1:2和2:1開關(guān)，同時(shí)具備電壓電平轉(zhuǎn)換功能。

文件下載：NXP Semiconductors P3S0210BQ-ARD 評(píng)估板.pdf

一、概述

P3S0210BQ是一款專為I3C總線設(shè)計(jì)的開關(guān)和電壓電平轉(zhuǎn)換器，它支持2:1（兩個(gè)控制器到一個(gè)目標(biāo)）和1:2（一個(gè)控制器到兩個(gè)目標(biāo)）的切換模式。該器件包含參考電源（VCCR）、端口1、2和S的電源（VccP1、VccP2和VCCS）以及OE和SEL引腳的電源（VCCE）。其電源電壓范圍廣泛，VccP1、VccP2、VCCS和VCCE的電壓范圍為0.72V至3.63V，參考電源VCCR的范圍為1.62V至3.63V，并且VCCR應(yīng)大于或等于其他電源電壓。

二、特性與優(yōu)勢(shì)

1. 總線開關(guān)與電平轉(zhuǎn)換

支持2:1和1:2的I3C總線切換模式，可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)控制器與一個(gè)目標(biāo)或一個(gè)控制器與兩個(gè)目標(biāo)之間的通信。同時(shí)，具備電壓電平轉(zhuǎn)換功能，能夠適應(yīng)不同電源電壓的設(shè)備。

2. 寬電源電壓范圍

各電源引腳的電壓范圍較寬，為設(shè)計(jì)提供了更大的靈活性。這種寬電壓范圍使得P3S0210BQ能夠在多種不同的電源環(huán)境下工作，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

3. 自動(dòng)方向感應(yīng)與雙向電平轉(zhuǎn)換

無需額外的方向控制信號(hào)，能夠自動(dòng)感應(yīng)信號(hào)方向并進(jìn)行雙向電壓電平轉(zhuǎn)換。這一特性簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)過程，減少了外部控制電路的復(fù)雜性，提高了系統(tǒng)的可靠性。

4. 支持多種應(yīng)用模式

既支持低速的開漏操作（如I2C總線），也支持高速的推挽操作（如I3C總線或SPI總線），數(shù)據(jù)速率最高可達(dá)52Mbps。這種多模式支持使得P3S0210BQ適用于各種不同類型的應(yīng)用，無論是對(duì)速度要求不高的低速通信，還是對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率有較高要求的高速通信，都能輕松應(yīng)對(duì)。

5. IOFF電路提供部分掉電模式

IOFF電路可在器件掉電時(shí)禁用輸出，防止反向電流損壞器件。在系統(tǒng)需要節(jié)能或進(jìn)行電源管理時(shí)，這種部分掉電模式能夠有效降低功耗，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

6. ESD保護(hù)與閂鎖性能

具備良好的ESD保護(hù)性能，HBM JESD22 - A114E Class 2超過2000V，CDM JESD22 - C101E超過1000V。同時(shí)，閂鎖性能超過100mA per JESD 78F Class II，能夠有效保護(hù)器件免受靜電放電和閂鎖效應(yīng)的影響，提高了器件的穩(wěn)定性和可靠性。

7. 小型封裝與寬溫度范圍

采用DHVQFN14封裝（2.5mm x 3mm x 0.85mm），體積小巧，適合在空間有限的電路板上使用。并且，該器件的工作溫度范圍為 - 40°C至 + 125°C，能夠適應(yīng)各種惡劣的工作環(huán)境。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

P3S0210BQ的應(yīng)用非常廣泛，主要包括以下幾個(gè)領(lǐng)域：

1. 服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心

在服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心的設(shè)備中，需要實(shí)現(xiàn)多個(gè)控制器與多個(gè)目標(biāo)之間的通信，P3S0210BQ的2:1和1:2切換模式以及電壓電平轉(zhuǎn)換功能能夠滿足這種復(fù)雜的通信需求。

2. 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通常需要處理高速的數(shù)據(jù)傳輸和不同電壓電平的信號(hào)，P3S0210BQ的高速數(shù)據(jù)速率和寬電源電壓范圍使其成為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備設(shè)計(jì)中的理想選擇。

3. 桌面和筆記本電腦

在電腦內(nèi)部的各種接口和設(shè)備之間，需要進(jìn)行信號(hào)的切換和電平轉(zhuǎn)換，P3S0210BQ能夠有效地實(shí)現(xiàn)這些功能，提高電腦的性能和穩(wěn)定性。

4. 智能手機(jī)和移動(dòng)設(shè)備

隨著智能手機(jī)和移動(dòng)設(shè)備功能的不斷增加，對(duì)內(nèi)部電路的集成度和性能要求也越來越高。P3S0210BQ的小型封裝和低功耗特性使其非常適合應(yīng)用于這些設(shè)備中。

四、訂購(gòu)信息

P3S0210BQ的型號(hào)為P3S0210BQ，頂側(cè)標(biāo)記為S0210，采用DHVQFN14封裝。訂購(gòu)選項(xiàng)中，溫度范圍為 - 40°C至 + 125°C，包裝方式為7"卷帶，最小訂購(gòu)數(shù)量為3000。

五、功能描述

1. 架構(gòu)

P3S0210BQ采用DPDT（雙刀雙擲）開關(guān)和VLT（電壓電平轉(zhuǎn)換）架構(gòu)，通過邊緣速率加速器電路、N溝道傳輸門晶體管和10kΩ上拉電阻實(shí)現(xiàn)I3C總線的開關(guān)功能。所有端口在啟用且I/O狀態(tài)為高電平時(shí)都有上拉電阻，當(dāng)I/O狀態(tài)為低電平或禁用時(shí)，上拉電阻斷開。這種設(shè)計(jì)使得器件在不同的工作狀態(tài)下都能保持穩(wěn)定的性能。

2. 端口選擇與使能

通過OE引腳可以啟用或禁用器件，SEL引腳用于端口選擇。當(dāng)SEL為低電平時(shí)，端口1連接到端口S，端口2斷開；當(dāng)SEL為高電平時(shí)，端口2連接到端口S，端口1斷開。這種靈活的端口選擇功能使得用戶可以根據(jù)實(shí)際需求選擇不同的端口進(jìn)行通信。

3. 輸入驅(qū)動(dòng)要求

器件的輸入驅(qū)動(dòng)能力由外部系統(tǒng)級(jí)的開漏或推挽驅(qū)動(dòng)器決定。IO電路具有較高的帶寬，能夠快速實(shí)現(xiàn)輸入和輸出的轉(zhuǎn)換，但其源電流能力相對(duì)較小，由上拉電阻決定。信號(hào)的下降時(shí)間取決于外部驅(qū)動(dòng)的邊緣速率、輸出阻抗以及數(shù)據(jù)線的電容負(fù)載。在設(shè)計(jì)過程中，需要根據(jù)實(shí)際情況合理選擇外部驅(qū)動(dòng)電路，以確保信號(hào)的質(zhì)量和穩(wěn)定性。

4. 電源管理

器件的上電需要所有電源軌和OE引腳準(zhǔn)備就緒，且無特殊的電源順序要求。上電后，VCCR應(yīng)大于或等于VccP1、VccP2、VCCS、VCCE的最大值，且不低于1.62V。設(shè)置OE為低電平會(huì)使所有I/O進(jìn)入高阻態(tài)，禁用時(shí)間和啟用時(shí)間分別表示OE引腳狀態(tài)變化到輸出實(shí)際禁用或啟用的延遲時(shí)間。為確保在電源上電或掉電過程中器件處于高阻態(tài)，OE引腳應(yīng)接地，且不能懸空。在實(shí)際應(yīng)用中，合理的電源管理對(duì)于保證器件的正常工作至關(guān)重要。

5. 上拉或下拉電阻

每個(gè)I/O引腳都有內(nèi)部10kΩ上拉電阻，當(dāng)器件啟用且I/O狀態(tài)為高電平時(shí)，上拉電阻連接；當(dāng)I/O狀態(tài)為低電平或器件禁用時(shí)，上拉電阻斷開。如果需要更小的上拉電阻，可以并聯(lián)外部電阻，但要注意其對(duì)VOL電平的影響。如果需要下拉電阻，會(huì)降低VOH電平，建議下拉電阻值大于200kΩ，以確保VOH電平下降不超過相關(guān)電源電壓的5%。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求合理選擇上拉或下拉電阻，以優(yōu)化信號(hào)的質(zhì)量。

六、電氣特性

1. 極限值

器件的各引腳電壓、存儲(chǔ)溫度和總功耗等都有相應(yīng)的極限值，超出這些極限值可能會(huì)導(dǎo)致器件損壞。在設(shè)計(jì)過程中，必須嚴(yán)格遵守這些極限值，以確保器件的安全可靠運(yùn)行。

2. 推薦工作條件

為了保證器件的最佳性能，推薦在特定的工作條件下使用，包括電源電壓、輸入輸出電壓、環(huán)境溫度等。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)盡量使器件的工作條件接近推薦值，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)。

3. 靜態(tài)特性

在推薦工作條件下，器件的靜態(tài)特性包括高電平輸出電壓、低電平輸出電壓、輸入泄漏電流、關(guān)斷狀態(tài)輸出電流、掉電泄漏電流和電源電流等。這些特性反映了器件在靜態(tài)工作狀態(tài)下的性能表現(xiàn)，對(duì)于評(píng)估器件的功耗和信號(hào)質(zhì)量非常重要。

4. 動(dòng)態(tài)特性

動(dòng)態(tài)特性包括傳播延遲、啟用時(shí)間、禁用時(shí)間、端口選擇啟用和禁用時(shí)間、過渡時(shí)間、輸出偏斜時(shí)間、脈沖寬度和數(shù)據(jù)速率等。這些特性反映了器件在動(dòng)態(tài)工作狀態(tài)下的性能表現(xiàn)，對(duì)于評(píng)估器件的響應(yīng)速度和數(shù)據(jù)傳輸能力至關(guān)重要。不同的電源電壓和負(fù)載電容會(huì)對(duì)動(dòng)態(tài)特性產(chǎn)生影響，在設(shè)計(jì)過程中需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合理的選擇和優(yōu)化。

七、波形與測(cè)試電路

文檔中提供了數(shù)據(jù)輸入到輸出的傳播延遲時(shí)間、使能和禁用時(shí)間的波形圖，以及測(cè)量開關(guān)時(shí)間的測(cè)試電路和相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)。這些信息對(duì)于理解器件的工作原理和性能表現(xiàn)非常有幫助，在實(shí)際測(cè)試和調(diào)試過程中，可以根據(jù)這些波形和測(cè)試電路進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量和驗(yàn)證。

八、應(yīng)用信息

在應(yīng)用P3S0210BQ時(shí)，需要在每個(gè)I/O引腳串聯(lián)一個(gè)電阻Rs以減少過沖和下沖，推薦值為30Ω。根據(jù)不同的線長(zhǎng)、寄生電感和電容，需要調(diào)整Rs的值以優(yōu)化信號(hào)完整性，但要確保Rs不會(huì)過高影響VOL電平。同時(shí)，文檔中還提供了I3C和I2C的典型應(yīng)用電路圖，為工程師的設(shè)計(jì)提供了參考。

九、封裝與焊接

P3S0210BQ采用DHVQFN14封裝，文檔中提供了封裝外形尺寸和回流焊接的PCB焊盤信息。在進(jìn)行電路板設(shè)計(jì)和焊接時(shí)，需要嚴(yán)格按照這些信息進(jìn)行操作，以確保器件的正確安裝和良好的電氣連接。

綜上所述，P3S0210BQ是一款功能強(qiáng)大、性能優(yōu)越的雙路雙向I3C總線開關(guān)和電壓電平轉(zhuǎn)換器，適用于多種應(yīng)用領(lǐng)域。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，電子工程師需要充分了解其特性和電氣參數(shù)，根據(jù)具體的應(yīng)用需求進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，以發(fā)揮其最大的優(yōu)勢(shì)。大家在使用這款器件的過程中，有沒有遇到過什么特別的問題或者有什么獨(dú)特的設(shè)計(jì)思路呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流！