德州仪器PCI1520：高性能PC卡控制器的深度解析

在电子设备的设计领域，PC卡控制器扮演着至关重要的角色。今天，我们要深入探讨德州仪器（TI）的PCI1520，这是一款专为满足PCI总线电源管理接口规范而设计的高性能PC卡控制器。接下来，我将从多个方面详细介绍它的特性、功能以及应用。

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一、PCI1520概述

PCI1520是一款208引脚的双插槽CardBus控制器，支持PCI总线电源管理接口规范，适用于笔记本和台式计算机中PCI与PC卡之间的桥接。它采用先进的CMOS工艺，在实现低系统功耗的同时，还能以高达33 MHz的PCI时钟速率运行。这款控制器支持任何组合的5V/3.3V 16位PC卡和3.3V CardBus卡，并且所有卡信号都进行了内部缓冲，支持热插拔，无需外部缓冲。

二、产品特性亮点

（一）封装与接口兼容性

PCI1520提供208引脚的低轮廓QFP（PDV）或209引脚的MicroStar BGA球栅阵列（GHK/ZHK）封装，具有2.5V核心逻辑和3.3V I/O，其通用PCI接口与3.3V和5V PCI信号环境兼容。集成的低压降稳压器（LDO-VR）消除了对外部2.5V电源的需求，为设计带来了便利。

（二）卡类型支持与热插拔功能

它支持混合搭配5V/3.3V 16位PC卡和3.3V CardBus卡，两个PC卡或CardBus插槽均支持热插拔，方便用户在使用过程中进行卡的更换和插入。

（三）数据传输与中断配置

PCI1520通过突发传输最大化与CardBus卡的数据吞吐量，提供多种中断配置，包括并行PCI、序列化PCI、并行ISA和序列化ISA，满足不同系统的中断需求。同时，它还具备串行EEPROM接口，用于加载子系统ID和子系统供应商ID，采用流水线架构，实现从CardBus到PCI以及从PCI到CardBus超过130 Mbps的吞吐量。

（四）其他特性

此外，PCI1520还提供多达五个通用I/O，可编程输出选择CLKRUN，是多功能PCI设备，每个插槽有单独的配置空间，为每个16位接口提供五个PCI内存窗口和两个I/O窗口，为每个CardBus插槽提供两个I/O窗口和两个内存窗口。其可交换卡架构（ExCA）兼容寄存器映射在内存和I/O空间，与Intel 82365SL-DF和82365SL寄存器兼容，具备环指示、SUSPEND、PCI CLKRUN和CardBus CCLKRUN等功能，还有插槽活动LED端子和PCI总线锁（LOCK），采用先进的四分之一微米超低功耗CMOS技术和内部环形振荡器。

三、端子描述

PCI1520有三种封装形式，分别是208引脚的四方扁平封装（PDV）和两种209引脚的MicroStar BGA封装（GHK/ZHK）。文档中详细列出了不同封装的端子分配和信号名称，包括CardBus和16位PC卡的相关信息。例如，GHK封装的端子E5是用于设备定向的识别球，内部无连接。这些端子分配的详细信息对于硬件设计人员在进行PCB布局和连接时非常重要，能够确保正确的信号传输和功能实现。

四、特性与协议详解

（一）电源供应排序

PCI1520包含3.3V I/O缓冲器，具有5V容限，需要I/O电源和LDO-VR电源供应核心逻辑。核心电源始终为2.5V，可通过VR_PORT端子（当VR_EN为高时）或集成的LDO-VR提供。LDO-VR需要通过VCC端子提供3.3V电源。文档中给出了推荐的电源启动和关闭顺序，以确保设备的正常运行和稳定性。在电源启动时，首先要向设备断言GRST以禁用输出，然后依次施加3.3V电源和钳位电压；电源关闭时，同样先断言GRST，再移除钳位电压和3.3V电源。

（二）I/O特性与钳位电压

PCI1520的I/O特性满足1997 PC卡标准和PCI本地总线规范的交流规格。其钳位电压可根据接口设置为3.3V或5V，通过3.3V I/O缓冲器实现5V容限，保护核心免受外部信号影响。例如，若系统设计师希望使用5V PCI总线，可将VCCP连接到5V电源。

（三）PCI接口

PCI1520完全符合PCI本地总线规范，支持PCI主或从操作所需的所有信号，可在5V或3.3V信号环境中工作。除了必需的PCI信号外，还提供可选的中断信号INTA和INTB。在电源启动序列中，GRST和PRST必须被断言，GRST在PCLK稳定100µs后才能被释放，PRST可与GRST同时释放或在其后释放。此外，PCI总线锁定（LOCK）信号可通过多功能路由寄存器设置路由到MFUNC4端子，但该协议使用仅在PCI到CardBus桥接的下游方向受支持。

（四）PC卡应用

1. 卡插入/移除与识别

PCI1520通过卡检测和电压感测信号的配置来识别卡类型和电压要求，具体编码方案在PC卡标准和文档中的表格中有详细定义。这种识别机制确保了系统能够准确地与不同类型的PC卡进行交互。

2. P²C电源开关接口

PCI1520提供PCMCIA外围控制（P²C）接口，用于控制PC卡电源开关。其CLOCK端子可作为输入或输出，默认作为输入，可通过系统控制寄存器的位27（P2CCLK）设置由PCI1520内部生成时钟。文档中还列出了与PCI1520兼容的电源开关选项，方便设计人员进行选择。

3. 缩放视频支持

通过设置卡控制寄存器中的位6（ZVENABLE），PCI1520支持PC卡的缩放视频（ZV）功能。设置该位后，PC卡接口的16位地址线A25 - A4处于高阻抗状态，可直接传输视频和音频数据到相应控制器，而地址线A3 - A0仍可访问PC卡CIS寄存器进行配置。同时，PCI1520还提供了ZV输出信号的功能说明，方便软件进行选择和控制。

4. 其他功能

PCI1520还具备内部环形振荡器、集成上拉电阻、SPKROUT和CAUDPWM应用、LED插槽活动指示灯等功能。内部环形振荡器可在无需PCI时钟或外部时钟的情况下，实现对插槽的断电或对PC卡的询问；集成上拉电阻满足PC卡标准要求，避免了外部电阻的使用；SPKROUT可将PC卡接口的音频信号传输到主机系统；LED插槽活动指示灯可指示PC卡的访问状态。

（五）串行总线接口

PCI1520提供串行总线接口，可从串行EEPROM加载子系统识别信息和选定寄存器默认值，并提供PC卡电源开关接口的替代方案。该接口兼容各种I²C和SMBus组件，通过在LATCH端子上实现下拉电阻和在SDA和SCL信号上实现上拉电阻来启用。文档中详细描述了串行总线接口的实现、协议以及EEPROM应用，包括数据传输的起始和停止条件、确认协议等。

（六）可编程中断子系统

PCI1520提供多种中断信号方案，以满足不同平台的需求。PC卡中断分为卡状态变化（CSC）和功能中断，可通过并行PCI、并行ISA、序列化ISA和/或PCI中断协议通知主机控制器。文档中详细列出了各种中断源、掩码和标志寄存器，以及不同中断信号模式下的配置和使用方法。例如，通过设置多功能路由寄存器的值，可以将不同的中断信号路由到相应的多功能端子。

（七）电源管理

1. 集成LDO-VR

PCI1520的核心电压为2.5V，可通过内部LDO-VR或外部电源供应。文档中列出了内部和外部核心电源供应的要求，为设计人员在选择电源方案时提供了参考。

2. 时钟运行协议

PCI CLKRUN功能是PCI1520在PCI接口上进行电源管理的主要方法。在某些条件下，中央资源不允许停止PCI时钟，而在特定事件发生时，如PC卡的中断请求或状态变化，PCI1520会使用CLKRUN协议重启PCI时钟。

3. 卡电源管理

PCI1520实现了自己的卡电源管理引擎，可在CardBus PC卡无活动时关闭其CCLK时钟。对于16位PC卡，通过ExCA电源控制寄存器和ExCA全局控制寄存器的相关位进行电源管理，实现一定程度的功耗节省。

4. 其他电源管理功能

PCI1520还具备暂停模式、环指示、PCI电源管理和ACPI支持等功能。暂停模式可防止在GRST或PRST信号断言时内部寄存器被清除；环指示功能允许系统在调制解调器振铃和其他卡事件时进入暂停模式并唤醒；PCI电源管理定义了七种电源管理状态，可实现不同程度的功耗节省；ACPI支持提供了一种机制，允许将硬件信息描述给ACPI驱动。

五、编程模型

PCI1520的PCI配置寄存器构成了每个PCI功能的256字节PCI配置头。文档详细介绍了各个寄存器的功能和使用方法，包括设备ID、供应商ID、命令寄存器、状态寄存器等。这些寄存器的配置对于实现PCI1520的各种功能至关重要，设计人员需要根据具体需求进行正确的设置。例如，命令寄存器可控制PCI1520对PCI总线的访问权限和功能启用，状态寄存器可提供设备的状态信息。

六、ExCA兼容寄存器

ExCA寄存器与Intel 82365SL - DF PCMCIA控制器兼容，可通过I/O或内存映射方式访问。这些寄存器控制着PC卡的各种功能，如复位、类型、中断路由和中断启用等。文档中详细列出了每个ExCA寄存器的偏移地址、功能描述和位定义，对于实现16位PC卡的功能控制和中断管理非常关键。例如，ExCA卡状态变化中断配置寄存器可控制卡状态变化中断的路由和掩码。

七、CardBus插槽寄存器

PCI1520提供了CardBus插槽寄存器，用于报告和控制插槽特定功能。这些寄存器包括插槽事件寄存器、插槽掩码寄存器、插槽当前状态寄存器等。插槽事件寄存器可指示插槽状态的变化，软件可通过读取插槽当前状态寄存器获取当前状态；插槽掩码寄存器可控制CardBus卡事件生成状态变化中断的功能。这些寄存器的详细信息有助于设计人员实现对CardBus插槽的精确控制和管理。

八、电气特性与机械信息

文档中给出了PCI1520的电气特性，包括绝对最大额定值、推荐工作条件、电气特性以及PCI时钟/复位时序要求等。这些信息对于确保设备在正常工作范围内运行非常重要，设计人员需要根据这些参数进行电源供应、信号输入输出等方面的设计。同时，还提供了PCI1520的机械信息，包括GHK、ZHK和PDV封装的机械尺寸，方便设计人员进行外壳设计和安装。

九、总结

PCI1520作为一款高性能的PC卡控制器，具有丰富的特性和强大的功能。它在电源管理、中断处理、PC卡支持等方面表现出色，能够满足不同应用场景的需求。无论是对于笔记本电脑还是台式计算机的设计，PCI1520都提供了可靠的解决方案。电子工程师在进行相关设计时，可以充分利用其特性和功能，提高设计的性能和稳定性。同时，在实际应用中，还需要根据具体的设计要求和系统环境，合理配置和使用各个寄存器和功能，以实现最佳的性能表现。希望这篇文章能对大家在使用PCI1520进行设计时有所帮助，如果你在设计过程中有任何问题或想法，欢迎在评论区留言交流。