TXS02324：双电源2:1 SIM卡多路复用器/转换器的技术剖析

在当今的移动设备领域，SIM卡的使用变得越来越普遍，从单卡到双卡乃至多卡的需求不断增长。德州仪器（TI）的TXS02324作为一款双电源2:1 SIM卡多路复用器/转换器，为无线基带处理器与两张独立SIM卡的连接提供了完整的解决方案。本文将深入剖析TXS02324的各项特性、功能及技术细节，助力电子工程师更好地将其应用于实际设计中。

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一、产品概述

TXS02324专为无线基带处理器与两张独立SIM卡的接口设计，适用于移动手机应用。它可以将单个SIM/UICC接口扩展为支持两个SIM/UICC卡，完全符合ISO/IEC智能卡接口要求以及GSM和3G移动标准。该器件集成了高速电平转换器、两个低压差（LDO）稳压器、I2C控制寄存器接口和32kHz时钟输入等功能模块。

二、关键特性

（一）电平转换与LDO稳压器

1. 电平转换范围：VDDIO范围为1.7V至3.3V，可实现不同电压域之间的信号转换，满足多种应用场景需求。
2. LDO稳压器：具备50mA的LDO稳压器，可通过使能控制，输出电压可选1.8V或2.95V，输入电压范围为2.3V至5.5V，且在50mA负载下的压差极低，最大仅为100mV。

（二）通信与保护

1. I2C接口通信：通过I2C接口与基带处理器进行控制和通信，方便系统集成与配置。
2. ESD保护：静电放电（ESD）保护性能出色，超过JESD 22标准，包括2000V人体模型（A114 - B）和1000V带电器件模型（C101），提高了产品的可靠性。

（三）封装形式

采用20引脚QFN（3mm x 3mm）封装，体积小巧，适合对空间要求较高的移动设备应用。

三、引脚功能与寄存器配置

（一）引脚功能

TXS02324的引脚涵盖了电源、信号输入输出等多种功能，具体如下表所示：	NO.	NAME	TYPE(1)	POWER DOMAIN	DESCRIPTION
1	SIM2RST	O	VSIM2	SIM2 reset
2	VSIM2	O	VSIM2	1.8 V/2.95 V supply voltage to SIM2
3	VBAT	P	VBAT	Battery power supply
4	GND	G		Ground
5	VSIM1	0	VSIM1	1.8 V/2.95 V supply voltage to SIM1
6	SIM1RST	O	VSIM1	SIM1 reset
7	SIM1IO	I/O	VSIM1	SIM1 data
8	SIM1CLK	O	VSIM1	SIM1 clock
9	SIMRST	1	VDDIO	UICC/SIM reset from baseband
10	SIMCLK	I	VDDIO	UICC/SIM clock
11	SIMIO	V/O	VDDIO	UICC/SIM data
12	VDDIO	P	VDDIO	1.8-V power supply for device operation and I/O buffers toward baseband
13	SCL	1	VDDIO	FC clock
14	SDA	1/O	VDDIO	IC data
15	IRQ	I/O	VDDIO	Interrupt to baseband. This signal is used to set the 12C address.
16	RSTX	一	VDDIO	Active-low reset input from baseband
17	DNU	1	VDDIO	Do not use. Should not be electrically connected.
18	GND	G		GROUND
19	SIM2CLK	O	VSIM2	SIM2 clock
20	SIM2IO	1/O	VSIM2	SIM2 data

（二）寄存器配置

TXS02324包含多个寄存器，用于设备的状态监控和控制，如设备硬件版本寄存器、软件版本寄存器、状态寄存器和SIM接口控制寄存器等。通过对这些寄存器的读写操作，可实现对设备的灵活配置和管理。 以状态寄存器（04h）为例：	Status Register	Bits(s)	Type (R/W)	Description
Unused	0	Unused	Unused
Unused	1	Unused	Unused
Unused	2	Unused	Unused
Unused	3	Unused	Unused
SIM1 Interface Status [1:0]	5:4(1)	R	Status of SIM1 interface '00' Powered down with pull-downs activated '01' Isolated with pull-downs deactivated '10' Powered with pull downs activated '11' Active with pull downs deactivated
SIM2 Interface Status [1:0]	7:6(1)	R	Status of SIM2 interface '00' Powered down with pull-downs activated '01' Isolated with pull-downs deactivated '10' Powered with pull downs activated '11' Active with pull downs deactivated

四、基本工作原理

（一）电压参考与电平转换

TXS02324通过标准I2C接口进行控制，连接在两个SIM卡插槽和基带的SIM/UICC接口之间。设备使用VBAT和VDDIO作为电源电压，每个SIM卡的电源电压由片上LDO稳压器生成。基带与TXS02324的接口参考VDDIO，而TXS02324与SIM卡的接口则参考VSIM1或VSIM2的LDO输出。由于基带侧的VDDIO通常不超过1.8V，因此需要进行电压电平转换以支持3V的SIM/UICC接口（Class B）。

（二）基本状态

TXS02324具有复位和工作两种基本状态。在复位状态下，设备设置恢复为默认值，激活的SIM卡被停用，UICC/SIM接口的下拉电阻自动激活。工作状态下，设备通过I2C接口进行通信和控制。

五、操作流程

（一）SIM卡接口设置

1. 初始配置：上电后，系统默认选择SIM1卡。首先将SIM1稳压器配置为1.8V，禁用SIM1和SIM2接口，然后激活VSIM稳压器，最后启用SIM1接口。
2. 电压调整：若基带与SIM卡之间通信不畅，可将SIM1稳压器配置为2.95V，重新进行上电操作。

（二）SIM卡切换

1. SIM1卡处理：将SIM1卡接口置于“时钟停止”模式，锁定SIM1接口状态。
2. SIM2卡状态判断：根据状态寄存器判断SIM2卡处于关机模式还是“时钟停止”模式。
3. SIM2卡激活：根据判断结果，激活SIM2卡接口，继续基带与卡之间的通信。

六、电气特性与性能指标

（一）绝对最大额定值

在设计过程中，需注意TXS02324的绝对最大额定值，如电平转换器和LDO的电压、电流、温度等参数范围，超出这些范围可能会导致设备永久性损坏。

（二）推荐工作条件

为确保设备的正常运行，应在推荐工作条件下使用，如VDDIO的电压范围为1.7V至3.3V，工作温度范围为 - 40°C至85°C等。

（三）电气特性

包括电平转换器的输出电压、电流、电容等参数，以及LDO的输入输出电压、压差、接地电流等性能指标，这些参数对于评估设备的性能和稳定性至关重要。

七、应用注意事项

（一）电容要求

在输入电源（VBAT）附近连接1.0μF低等效串联电阻（ESR）的电容，逻辑核心电源（VDDIO）需连接0.1μF电容，以改善瞬态响应、噪声抑制和纹波抑制。

（二）输出噪声

为提高交流性能，建议在电路板设计中采用独立的接地平面，并将旁路电容的接地连接直接连接到设备的GND引脚。

（三）内部电流限制

内部电流限制可在故障条件下保护稳压器，但设备不应长时间工作在电流限制状态。

（四）压降电压

TXS02324采用PMOS传输晶体管实现低压降，压降电压会随输出电流近似成比例变化。

（五）启动

使用快速启动电路，可实现低输出噪声和快速启动。为实现最快启动，应先施加VBAT，再通过I2C寄存器使能设备。

八、总结

TXS02324作为一款功能强大的双电源2:1 SIM卡多路复用器/转换器，具有丰富的特性和良好的性能。电子工程师在设计过程中，需充分了解其工作原理、电气特性和应用注意事项，合理配置寄存器和外部电路，以确保设备的稳定运行和系统的可靠性。通过本文的介绍，希望能为工程师们在实际应用中提供有价值的参考。你在使用TXS02324的过程中遇到过哪些问题？欢迎在评论区分享交流。