探索P3S0210BQ：双路双向I3C总线开关与电压电平转换器

在电子设备的设计中，总线开关和电压电平转换器是实现不同设备之间通信和信号转换的关键组件。今天，我们将深入探讨NXP推出的P3S0210BQ，这是一款功能强大的双路双向I3C总线1:2和2:1开关，同时具备电压电平转换功能。

文件下载：NXP Semiconductors P3S0210BQ-ARD 评估板.pdf

一、概述

P3S0210BQ是一款专为I3C总线设计的开关和电压电平转换器，它支持2:1（两个控制器到一个目标）和1:2（一个控制器到两个目标）的切换模式。该器件包含参考电源（VCCR）、端口1、2和S的电源（VccP1、VccP2和VCCS）以及OE和SEL引脚的电源（VCCE）。其电源电压范围广泛，VccP1、VccP2、VCCS和VCCE的电压范围为0.72V至3.63V，参考电源VCCR的范围为1.62V至3.63V，并且VCCR应大于或等于其他电源电压。

二、特性与优势

1. 总线开关与电平转换

支持2:1和1:2的I3C总线切换模式，可实现两个控制器与一个目标或一个控制器与两个目标之间的通信。同时，具备电压电平转换功能，能够适应不同电源电压的设备。

2. 宽电源电压范围

各电源引脚的电压范围较宽，为设计提供了更大的灵活性。这种宽电压范围使得P3S0210BQ能够在多种不同的电源环境下工作，满足不同应用场景的需求。

3. 自动方向感应与双向电平转换

无需额外的方向控制信号，能够自动感应信号方向并进行双向电压电平转换。这一特性简化了设计过程，减少了外部控制电路的复杂性，提高了系统的可靠性。

4. 支持多种应用模式

既支持低速的开漏操作（如I²C总线），也支持高速的推挽操作（如I3C总线或SPI总线），数据速率最高可达52Mbps。这种多模式支持使得P3S0210BQ适用于各种不同类型的应用，无论是对速度要求不高的低速通信，还是对数据传输速率有较高要求的高速通信，都能轻松应对。

5. IOFF电路提供部分掉电模式

IOFF电路可在器件掉电时禁用输出，防止反向电流损坏器件。在系统需要节能或进行电源管理时，这种部分掉电模式能够有效降低功耗，延长设备的使用寿命。

6. ESD保护与闩锁性能

具备良好的ESD保护性能，HBM JESD22 - A114E Class 2超过2000V，CDM JESD22 - C101E超过1000V。同时，闩锁性能超过100mA per JESD 78F Class II，能够有效保护器件免受静电放电和闩锁效应的影响，提高了器件的稳定性和可靠性。

7. 小型封装与宽温度范围

采用DHVQFN14封装（2.5mm x 3mm x 0.85mm），体积小巧，适合在空间有限的电路板上使用。并且，该器件的工作温度范围为 - 40°C至 + 125°C，能够适应各种恶劣的工作环境。

三、应用领域

P3S0210BQ的应用非常广泛，主要包括以下几个领域：

1. 服务器和数据中心

在服务器和数据中心的设备中，需要实现多个控制器与多个目标之间的通信，P3S0210BQ的2:1和1:2切换模式以及电压电平转换功能能够满足这种复杂的通信需求。

2. 网络设备

网络设备通常需要处理高速的数据传输和不同电压电平的信号，P3S0210BQ的高速数据速率和宽电源电压范围使其成为网络设备设计中的理想选择。

3. 桌面和笔记本电脑

在电脑内部的各种接口和设备之间，需要进行信号的切换和电平转换，P3S0210BQ能够有效地实现这些功能，提高电脑的性能和稳定性。

4. 智能手机和移动设备

随着智能手机和移动设备功能的不断增加，对内部电路的集成度和性能要求也越来越高。P3S0210BQ的小型封装和低功耗特性使其非常适合应用于这些设备中。

四、订购信息

P3S0210BQ的型号为P3S0210BQ，顶侧标记为S0210，采用DHVQFN14封装。订购选项中，温度范围为 - 40°C至 + 125°C，包装方式为7"卷带，最小订购数量为3000。

五、功能描述

1. 架构

P3S0210BQ采用DPDT（双刀双掷）开关和VLT（电压电平转换）架构，通过边缘速率加速器电路、N沟道传输门晶体管和10kΩ上拉电阻实现I3C总线的开关功能。所有端口在启用且I/O状态为高电平时都有上拉电阻，当I/O状态为低电平或禁用时，上拉电阻断开。这种设计使得器件在不同的工作状态下都能保持稳定的性能。

2. 端口选择与使能

通过OE引脚可以启用或禁用器件，SEL引脚用于端口选择。当SEL为低电平时，端口1连接到端口S，端口2断开；当SEL为高电平时，端口2连接到端口S，端口1断开。这种灵活的端口选择功能使得用户可以根据实际需求选择不同的端口进行通信。

3. 输入驱动要求

器件的输入驱动能力由外部系统级的开漏或推挽驱动器决定。IO电路具有较高的带宽，能够快速实现输入和输出的转换，但其源电流能力相对较小，由上拉电阻决定。信号的下降时间取决于外部驱动的边缘速率、输出阻抗以及数据线的电容负载。在设计过程中，需要根据实际情况合理选择外部驱动电路，以确保信号的质量和稳定性。

4. 电源管理

器件的上电需要所有电源轨和OE引脚准备就绪，且无特殊的电源顺序要求。上电后，VCCR应大于或等于VccP1、VccP2、VCCS、VCCE的最大值，且不低于1.62V。设置OE为低电平会使所有I/O进入高阻态，禁用时间和启用时间分别表示OE引脚状态变化到输出实际禁用或启用的延迟时间。为确保在电源上电或掉电过程中器件处于高阻态，OE引脚应接地，且不能悬空。在实际应用中，合理的电源管理对于保证器件的正常工作至关重要。

5. 上拉或下拉电阻

每个I/O引脚都有内部10kΩ上拉电阻，当器件启用且I/O状态为高电平时，上拉电阻连接；当I/O状态为低电平或器件禁用时，上拉电阻断开。如果需要更小的上拉电阻，可以并联外部电阻，但要注意其对VOL电平的影响。如果需要下拉电阻，会降低VOH电平，建议下拉电阻值大于200kΩ，以确保VOH电平下降不超过相关电源电压的5%。在设计电路时，需要根据具体的应用需求合理选择上拉或下拉电阻，以优化信号的质量。

六、电气特性

1. 极限值

器件的各引脚电压、存储温度和总功耗等都有相应的极限值，超出这些极限值可能会导致器件损坏。在设计过程中，必须严格遵守这些极限值，以确保器件的安全可靠运行。

2. 推荐工作条件

为了保证器件的最佳性能，推荐在特定的工作条件下使用，包括电源电压、输入输出电压、环境温度等。在实际应用中，应尽量使器件的工作条件接近推荐值，以充分发挥其性能优势。

3. 静态特性

在推荐工作条件下，器件的静态特性包括高电平输出电压、低电平输出电压、输入泄漏电流、关断状态输出电流、掉电泄漏电流和电源电流等。这些特性反映了器件在静态工作状态下的性能表现，对于评估器件的功耗和信号质量非常重要。

4. 动态特性

动态特性包括传播延迟、启用时间、禁用时间、端口选择启用和禁用时间、过渡时间、输出偏斜时间、脉冲宽度和数据速率等。这些特性反映了器件在动态工作状态下的性能表现，对于评估器件的响应速度和数据传输能力至关重要。不同的电源电压和负载电容会对动态特性产生影响，在设计过程中需要根据实际情况进行合理的选择和优化。

七、波形与测试电路

文档中提供了数据输入到输出的传播延迟时间、使能和禁用时间的波形图，以及测量开关时间的测试电路和相关测试数据。这些信息对于理解器件的工作原理和性能表现非常有帮助，在实际测试和调试过程中，可以根据这些波形和测试电路进行准确的测量和验证。

八、应用信息

在应用P3S0210BQ时，需要在每个I/O引脚串联一个电阻Rs以减少过冲和下冲，推荐值为30Ω。根据不同的线长、寄生电感和电容，需要调整Rs的值以优化信号完整性，但要确保Rs不会过高影响VOL电平。同时，文档中还提供了I3C和I²C的典型应用电路图，为工程师的设计提供了参考。

九、封装与焊接

P3S0210BQ采用DHVQFN14封装，文档中提供了封装外形尺寸和回流焊接的PCB焊盘信息。在进行电路板设计和焊接时，需要严格按照这些信息进行操作，以确保器件的正确安装和良好的电气连接。

综上所述，P3S0210BQ是一款功能强大、性能优越的双路双向I3C总线开关和电压电平转换器，适用于多种应用领域。在实际设计过程中，电子工程师需要充分了解其特性和电气参数，根据具体的应用需求进行合理的设计和优化，以发挥其最大的优势。大家在使用这款器件的过程中，有没有遇到过什么特别的问题或者有什么独特的设计思路呢？欢迎在评论区分享交流！