德州儀器PCI1520：高性能PC卡控制器的深度解析

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)領(lǐng)域，PC卡控制器扮演著至關(guān)重要的角色。今天，我們要深入探討德州儀器（TI）的PCI1520，這是一款專為滿足PCI總線電源管理接口規(guī)范而設(shè)計(jì)的高性能PC卡控制器。接下來，我將從多個(gè)方面詳細(xì)介紹它的特性、功能以及應(yīng)用。

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一、PCI1520概述

PCI1520是一款208引腳的雙插槽CardBus控制器，支持PCI總線電源管理接口規(guī)范，適用于筆記本和臺(tái)式計(jì)算機(jī)中PCI與PC卡之間的橋接。它采用先進(jìn)的CMOS工藝，在實(shí)現(xiàn)低系統(tǒng)功耗的同時(shí)，還能以高達(dá)33 MHz的PCI時(shí)鐘速率運(yùn)行。這款控制器支持任何組合的5V/3.3V 16位PC卡和3.3V CardBus卡，并且所有卡信號(hào)都進(jìn)行了內(nèi)部緩沖，支持熱插拔，無需外部緩沖。

二、產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

（一）封裝與接口兼容性

PCI1520提供208引腳的低輪廓QFP（PDV）或209引腳的MicroStar BGA?球柵陣列（GHK/ZHK）封裝，具有2.5V核心邏輯和3.3V I/O，其通用PCI接口與3.3V和5V PCI信號(hào)環(huán)境兼容。集成的低壓降穩(wěn)壓器（LDO-VR）消除了對(duì)外部2.5V電源的需求，為設(shè)計(jì)帶來了便利。

（二）卡類型支持與熱插拔功能

它支持混合搭配5V/3.3V 16位PC卡和3.3V CardBus卡，兩個(gè)PC卡或CardBus插槽均支持熱插拔，方便用戶在使用過程中進(jìn)行卡的更換和插入。

（三）數(shù)據(jù)傳輸與中斷配置

PCI1520通過突發(fā)傳輸最大化與CardBus卡的數(shù)據(jù)吞吐量，提供多種中斷配置，包括并行PCI、序列化PCI、并行ISA和序列化ISA，滿足不同系統(tǒng)的中斷需求。同時(shí)，它還具備串行EEPROM接口，用于加載子系統(tǒng)ID和子系統(tǒng)供應(yīng)商ID，采用流水線架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)從CardBus到PCI以及從PCI到CardBus超過130 Mbps的吞吐量。

（四）其他特性

此外，PCI1520還提供多達(dá)五個(gè)通用I/O，可編程輸出選擇CLKRUN，是多功能PCI設(shè)備，每個(gè)插槽有單獨(dú)的配置空間，為每個(gè)16位接口提供五個(gè)PCI內(nèi)存窗口和兩個(gè)I/O窗口，為每個(gè)CardBus插槽提供兩個(gè)I/O窗口和兩個(gè)內(nèi)存窗口。其可交換卡架構(gòu)（ExCA）兼容寄存器映射在內(nèi)存和I/O空間，與Intel? 82365SL-DF和82365SL寄存器兼容，具備環(huán)指示、SUSPEND、PCI CLKRUN和CardBus CCLKRUN等功能，還有插槽活動(dòng)LED端子和PCI總線鎖（LOCK），采用先進(jìn)的四分之一微米超低功耗CMOS技術(shù)和內(nèi)部環(huán)形振蕩器。

三、端子描述

PCI1520有三種封裝形式，分別是208引腳的四方扁平封裝（PDV）和兩種209引腳的MicroStar BGA?封裝（GHK/ZHK）。文檔中詳細(xì)列出了不同封裝的端子分配和信號(hào)名稱，包括CardBus和16位PC卡的相關(guān)信息。例如，GHK封裝的端子E5是用于設(shè)備定向的識(shí)別球，內(nèi)部無連接。這些端子分配的詳細(xì)信息對(duì)于硬件設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行PCB布局和連接時(shí)非常重要，能夠確保正確的信號(hào)傳輸和功能實(shí)現(xiàn)。

四、特性與協(xié)議詳解

（一）電源供應(yīng)排序

PCI1520包含3.3V I/O緩沖器，具有5V容限，需要I/O電源和LDO-VR電源供應(yīng)核心邏輯。核心電源始終為2.5V，可通過VR_PORT端子（當(dāng)VR_EN為高時(shí)）或集成的LDO-VR提供。LDO-VR需要通過VCC端子提供3.3V電源。文檔中給出了推薦的電源啟動(dòng)和關(guān)閉順序，以確保設(shè)備的正常運(yùn)行和穩(wěn)定性。在電源啟動(dòng)時(shí)，首先要向設(shè)備斷言GRST以禁用輸出，然后依次施加3.3V電源和鉗位電壓；電源關(guān)閉時(shí)，同樣先斷言GRST，再移除鉗位電壓和3.3V電源。

（二）I/O特性與鉗位電壓

PCI1520的I/O特性滿足1997 PC卡標(biāo)準(zhǔn)和PCI本地總線規(guī)范的交流規(guī)格。其鉗位電壓可根據(jù)接口設(shè)置為3.3V或5V，通過3.3V I/O緩沖器實(shí)現(xiàn)5V容限，保護(hù)核心免受外部信號(hào)影響。例如，若系統(tǒng)設(shè)計(jì)師希望使用5V PCI總線，可將VCCP連接到5V電源。

（三）PCI接口

PCI1520完全符合PCI本地總線規(guī)范，支持PCI主或從操作所需的所有信號(hào)，可在5V或3.3V信號(hào)環(huán)境中工作。除了必需的PCI信號(hào)外，還提供可選的中斷信號(hào)INTA和INTB。在電源啟動(dòng)序列中，GRST和PRST必須被斷言，GRST在PCLK穩(wěn)定100μs后才能被釋放，PRST可與GRST同時(shí)釋放或在其后釋放。此外，PCI總線鎖定（LOCK）信號(hào)可通過多功能路由寄存器設(shè)置路由到MFUNC4端子，但該協(xié)議使用僅在PCI到CardBus橋接的下游方向受支持。

（四）PC卡應(yīng)用

1. 卡插入/移除與識(shí)別

PCI1520通過卡檢測(cè)和電壓感測(cè)信號(hào)的配置來識(shí)別卡類型和電壓要求，具體編碼方案在PC卡標(biāo)準(zhǔn)和文檔中的表格中有詳細(xì)定義。這種識(shí)別機(jī)制確保了系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地與不同類型的PC卡進(jìn)行交互。

2. P2C電源開關(guān)接口

PCI1520提供PCMCIA外圍控制（P2C）接口，用于控制PC卡電源開關(guān)。其CLOCK端子可作為輸入或輸出，默認(rèn)作為輸入，可通過系統(tǒng)控制寄存器的位27（P2CCLK）設(shè)置由PCI1520內(nèi)部生成時(shí)鐘。文檔中還列出了與PCI1520兼容的電源開關(guān)選項(xiàng)，方便設(shè)計(jì)人員進(jìn)行選擇。

3. 縮放視頻支持

通過設(shè)置卡控制寄存器中的位6（ZVENABLE），PCI1520支持PC卡的縮放視頻（ZV）功能。設(shè)置該位后，PC卡接口的16位地址線A25 - A4處于高阻抗?fàn)顟B(tài)，可直接傳輸視頻和音頻數(shù)據(jù)到相應(yīng)控制器，而地址線A3 - A0仍可訪問PC卡CIS寄存器進(jìn)行配置。同時(shí)，PCI1520還提供了ZV輸出信號(hào)的功能說明，方便軟件進(jìn)行選擇和控制。

4. 其他功能

PCI1520還具備內(nèi)部環(huán)形振蕩器、集成上拉電阻、SPKROUT和CAUDPWM應(yīng)用、LED插槽活動(dòng)指示燈等功能。內(nèi)部環(huán)形振蕩器可在無需PCI時(shí)鐘或外部時(shí)鐘的情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)插槽的斷電或?qū)C卡的詢問；集成上拉電阻滿足PC卡標(biāo)準(zhǔn)要求，避免了外部電阻的使用；SPKROUT可將PC卡接口的音頻信號(hào)傳輸?shù)街鳈C(jī)系統(tǒng)；LED插槽活動(dòng)指示燈可指示PC卡的訪問狀態(tài)。

（五）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)識(shí)別信息和選定寄存器默認(rèn)值，并提供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，通過在LATCH端子上實(shí)現(xiàn)下拉電阻和在SDA和SCL信號(hào)上實(shí)現(xiàn)上拉電阻來啟用。文檔中詳細(xì)描述了串行總線接口的實(shí)現(xiàn)、協(xié)議以及EEPROM應(yīng)用，包括數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠鹗己屯Ｖ箺l件、確認(rèn)協(xié)議等。

（六）可編程中斷子系統(tǒng)

PCI1520提供多種中斷信號(hào)方案，以滿足不同平臺(tái)的需求。PC卡中斷分為卡狀態(tài)變化（CSC）和功能中斷，可通過并行PCI、并行ISA、序列化ISA和/或PCI中斷協(xié)議通知主機(jī)控制器。文檔中詳細(xì)列出了各種中斷源、掩碼和標(biāo)志寄存器，以及不同中斷信號(hào)模式下的配置和使用方法。例如，通過設(shè)置多功能路由寄存器的值，可以將不同的中斷信號(hào)路由到相應(yīng)的多功能端子。

（七）電源管理

1. 集成LDO-VR

PCI1520的核心電壓為2.5V，可通過內(nèi)部LDO-VR或外部電源供應(yīng)。文檔中列出了內(nèi)部和外部核心電源供應(yīng)的要求，為設(shè)計(jì)人員在選擇電源方案時(shí)提供了參考。

2. 時(shí)鐘運(yùn)行協(xié)議

PCI CLKRUN功能是PCI1520在PCI接口上進(jìn)行電源管理的主要方法。在某些條件下，中央資源不允許停止PCI時(shí)鐘，而在特定事件發(fā)生時(shí)，如PC卡的中斷請(qǐng)求或狀態(tài)變化，PCI1520會(huì)使用CLKRUN協(xié)議重啟PCI時(shí)鐘。

3. 卡電源管理

PCI1520實(shí)現(xiàn)了自己的卡電源管理引擎，可在CardBus PC卡無活動(dòng)時(shí)關(guān)閉其CCLK時(shí)鐘。對(duì)于16位PC卡，通過ExCA電源控制寄存器和ExCA全局控制寄存器的相關(guān)位進(jìn)行電源管理，實(shí)現(xiàn)一定程度的功耗節(jié)省。

4. 其他電源管理功能

PCI1520還具備暫停模式、環(huán)指示、PCI電源管理和ACPI支持等功能。暫停模式可防止在GRST或PRST信號(hào)斷言時(shí)內(nèi)部寄存器被清除；環(huán)指示功能允許系統(tǒng)在調(diào)制解調(diào)器振鈴和其他卡事件時(shí)進(jìn)入暫停模式并喚醒；PCI電源管理定義了七種電源管理狀態(tài)，可實(shí)現(xiàn)不同程度的功耗節(jié)?。籄CPI支持提供了一種機(jī)制，允許將硬件信息描述給ACPI驅(qū)動(dòng)。

五、編程模型

PCI1520的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。文檔詳細(xì)介紹了各個(gè)寄存器的功能和使用方法，包括設(shè)備ID、供應(yīng)商ID、命令寄存器、狀態(tài)寄存器等。這些寄存器的配置對(duì)于實(shí)現(xiàn)PCI1520的各種功能至關(guān)重要，設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)具體需求進(jìn)行正確的設(shè)置。例如，命令寄存器可控制PCI1520對(duì)PCI總線的訪問權(quán)限和功能啟用，狀態(tài)寄存器可提供設(shè)備的狀態(tài)信息。

六、ExCA兼容寄存器

ExCA寄存器與Intel 82365SL - DF PCMCIA控制器兼容，可通過I/O或內(nèi)存映射方式訪問。這些寄存器控制著PC卡的各種功能，如復(fù)位、類型、中斷路由和中斷啟用等。文檔中詳細(xì)列出了每個(gè)ExCA寄存器的偏移地址、功能描述和位定義，對(duì)于實(shí)現(xiàn)16位PC卡的功能控制和中斷管理非常關(guān)鍵。例如，ExCA卡狀態(tài)變化中斷配置寄存器可控制卡狀態(tài)變化中斷的路由和掩碼。

七、CardBus插槽寄存器

PCI1520提供了CardBus插槽寄存器，用于報(bào)告和控制插槽特定功能。這些寄存器包括插槽事件寄存器、插槽掩碼寄存器、插槽當(dāng)前狀態(tài)寄存器等。插槽事件寄存器可指示插槽狀態(tài)的變化，軟件可通過讀取插槽當(dāng)前狀態(tài)寄存器獲取當(dāng)前狀態(tài)；插槽掩碼寄存器可控制CardBus卡事件生成狀態(tài)變化中斷的功能。這些寄存器的詳細(xì)信息有助于設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)對(duì)CardBus插槽的精確控制和管理。

八、電氣特性與機(jī)械信息

文檔中給出了PCI1520的電氣特性，包括絕對(duì)最大額定值、推薦工作條件、電氣特性以及PCI時(shí)鐘/復(fù)位時(shí)序要求等。這些信息對(duì)于確保設(shè)備在正常工作范圍內(nèi)運(yùn)行非常重要，設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)這些參數(shù)進(jìn)行電源供應(yīng)、信號(hào)輸入輸出等方面的設(shè)計(jì)。同時(shí)，還提供了PCI1520的機(jī)械信息，包括GHK、ZHK和PDV封裝的機(jī)械尺寸，方便設(shè)計(jì)人員進(jìn)行外殼設(shè)計(jì)和安裝。

九、總結(jié)

PCI1520作為一款高性能的PC卡控制器，具有豐富的特性和強(qiáng)大的功能。它在電源管理、中斷處理、PC卡支持等方面表現(xiàn)出色，能夠滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。無論是對(duì)于筆記本電腦還是臺(tái)式計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)，PCI1520都提供了可靠的解決方案。電子工程師在進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)時(shí)，可以充分利用其特性和功能，提高設(shè)計(jì)的性能和穩(wěn)定性。同時(shí)，在實(shí)際應(yīng)用中，還需要根據(jù)具體的設(shè)計(jì)要求和系統(tǒng)環(huán)境，合理配置和使用各個(gè)寄存器和功能，以實(shí)現(xiàn)最佳的性能表現(xiàn)。希望這篇文章能對(duì)大家在使用PCI1520進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)有所幫助，如果你在設(shè)計(jì)過程中有任何問題或想法，歡迎在評(píng)論區(qū)留言交流。