探索PCI1520/PCI1520I：PC Card控制器的技术剖析

在当今数字化的时代，PC Card控制器在计算机系统中扮演着至关重要的角色。今天，我们将深入探讨德州仪器（TI）的PCI1520/PCI1520I PC Card控制器，从其基本特性到电气性能，进行全面的剖析。

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一、PCI1520概述

PCI1520是一款208引脚的双插槽CardBus控制器，专为满足PCI总线电源管理接口规范而设计，适用于PCI到CardBus桥接应用。它支持两个独立的卡插槽，兼容PC Card标准（修订版7.1），无论是笔记本电脑还是台式机，都能成为PCI与PC卡之间桥接的理想选择。

特性亮点

1. 低功耗高性能：采用先进的互补金属 - 氧化物半导体（CMOS）工艺，在高达33 MHz的PCI时钟速率下运行时，能够实现低系统功耗。同时，还具备多种低功耗模式，可进一步降低功耗。
2. 广泛的兼容性：完全符合PCI本地总线规范，其PCI接口既可以作为PCI主设备，也可以作为PCI从设备。此外，它还与PCI总线电源管理接口规范（修订版1.1）兼容。所有卡信号都进行了内部缓冲，支持热插拔，无需外部缓冲。
3. 丰富的功能特性：支持多种系统中断信号选项，包括并行PCI、并行ISA、序列化ISA和序列化PCI。还提供通用输入输出（GPIO），方便板级设计师实现边带功能。例如，其具备LED插槽活动指示灯，可直观显示PC卡的访问状态。

二、引脚描述

PCI1520有三种封装形式：208引脚的低轮廓四方扁平封装（PDV）和两种209引脚的MicroStar BGA球栅阵列封装（GHK/ZHK）。GHK和ZHK封装在机械和电气性能上相同，但ZHK是无铅设计。

引脚分配

文档中详细列出了不同封装形式下的引脚分配，包括CardBus和16位PC卡的信号名称。例如，在GHK封装中，终端E5是用于设备定向的标识球，内部无连接。通过这些引脚分配表，我们可以清晰地了解每个引脚对应的信号，为硬件设计提供了重要的参考。

引脚功能分类

引脚按功能进行了分组，如PCI系统功能、电源供应功能等。以电源供应引脚为例，包括GND、Vcc、VCCA、VCCB、VccP等，不同的引脚为不同的功能模块提供电源。其中，VR_EN和VR_PORT引脚用于控制内部电压调节器的启用和输入输出，为核心逻辑提供稳定的电源。

三、特性与协议描述

电源供应顺序

PCI1520包含3.3 V的I/O缓冲器，具有5 V容限，需要I/O电源和LDO - VR电源为核心逻辑供电。核心电源始终为2.5 V，可以通过VR_PORT引脚（当VR_EN为高电平时）或集成的LDO - VR提供。在电源上电和下电过程中，需要遵循特定的顺序，以确保输出驱动器在高阻抗状态下进行操作，防止通过钳位二极管产生高电流。

I/O特性与钳位电压

其I/O特性满足1997年PC卡标准和PCI本地总线规范的交流规格。未使用的输入或I/O引脚必须保持高电平或低电平，以防止浮动。钳位电压可设置为3.3 V或5 V，以匹配外部环境，通过3.3 V的I/O缓冲器和相应的钳位二极管，保护核心免受外部信号的影响。

PCI接口

PCI1520完全符合PCI本地总线规范，提供PCI主设备或从设备操作所需的所有信号。在电源上电过程中，GRST和PRST信号必须被断言，且GRST信号在PCLK稳定100 µs后才能被释放。此外，还提供了可选的中断信号INTA和INTB。

PC卡应用

1. 卡插入/移除与识别：通过卡检测和电压感测信号，根据PC卡标准（版本7.1）的编码方案，确定卡的类型和电压要求。
2. P²C电源开关接口：提供PCMCIA外围控制（P²C）接口，与TI TPS222X双插槽PC卡电源接口开关配合使用，实现电源开关的控制。
3. 缩放视频支持：通过设置卡控制寄存器中的相应位，支持PC卡的缩放视频（ZV）功能。在缩放视频模式下，可将16位PC卡地址线用于视频和音频数据传输。
4. 扬声器和音频应用：SPKROUT引脚可将PC卡的数字音频信号传输到系统，支持16位PC卡的SPKR信号和CardBus的CAUDIO信号。
5. LED插槽活动指示灯：通过多功能引脚输出活动高信号，指示PC卡的访问状态，为用户提供直观的反馈。

串行总线接口

PCI1520提供串行总线接口，可从串行EEPROM加载子系统标识信息和选定的寄存器默认值，也可作为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，通过特定的引脚配置和协议实现数据传输。

可编程中断子系统

为满足PC卡I/O应用的中断需求，PCI1520提供了多种中断信号方案，包括并行PCI、并行ISA、序列化ISA和序列化PCI。PC卡中断可分为卡状态变化（CSC）和功能中断，通过不同的寄存器和协议进行控制和管理。

电源管理

1. 集成LDO - VR：可通过内部LDO - VR为核心提供2.5 V电源，也可通过外部电源供应。
2. 时钟运行协议：PCI CLKRUN功能是PCI接口的主要电源管理方法，在特定条件下，可停止或重启PCI时钟。
3. CardBus和16位PC卡电源管理：分别通过不同的寄存器位实现对CardBus和16位PC卡的电源管理，如停止时钟、进入高阻抗状态等，以节省功耗。
4. 挂起模式：SUSPEND信号可防止在复位信号断言时清除寄存器内容，将PCI输出置于高阻抗状态，并在内部屏蔽PCLK信号，实现低功耗运行。
5. 振铃指示：RI_OUT输出可使系统进入挂起模式，并在检测到调制解调器振铃或其他卡事件时唤醒系统，提高了系统的电源管理灵活性。
6. PCI电源管理：遵循PCI总线电源管理接口规范，PCI功能可分配七种电源管理状态，实现不同级别的电源节省。

四、编程模型

PCI配置寄存器

PCI1520是多功能PCI设备，其PCI配置寄存器构成了每个PCI功能的256字节PCI配置头。这些寄存器包括设备ID、厂商ID、命令寄存器、状态寄存器等，每个寄存器都有特定的功能和默认值。通过对这些寄存器的编程，可实现对PCI1520的各种功能控制。

ExCA兼容性寄存器

ExCA寄存器与英特尔82365SL - DF PCMCIA控制器兼容，通过特定的偏移值进行访问。这些寄存器可控制卡的复位、类型、中断路由和中断启用等功能，对于确保PCI1520的中断信号能够正确路由到可编程中断控制器至关重要。

CardBus插槽寄存器

PCI1520提供了一系列CardBus插槽寄存器，用于报告和控制插槽特定的功能。例如，插槽事件寄存器可指示插槽状态的变化，插槽掩码寄存器可控制产生状态变化中断的事件。

五、电气特性

绝对最大额定值

文档给出了PCI1520在不同条件下的绝对最大额定值，包括电源电压范围、输入输出电压范围、输入输出钳位电流、存储温度范围和虚拟结温等。这些额定值为我们在设计过程中确保设备的安全运行提供了重要的参考。

推荐工作条件

在推荐工作条件下，详细列出了电源电压、输入输出电压、输入转换时间、工作环境温度范围和虚拟结温等参数。同时，强调未使用的引脚必须保持高电平或低电平，以防止浮动。

电气特性参数

文档还提供了在推荐工作条件下的电气特性参数，如输入高电平电压、输入低电平电压、输出高电平电压、输出低电平电压等。这些参数对于评估设备的性能和进行电路设计具有重要意义。

六、机械信息

PCI1520有209球的GHK/ZHK BGA和208引脚的PDV两种封装形式。文档给出了这两种封装的机械尺寸和相关的包装信息，包括引脚数量、包装数量、环保计划、引脚涂层/球材料、湿度敏感度等级等。对于需要进行PCB设计和产品组装的工程师来说，这些信息是必不可少的。

总结

PCI1520/PCI1520I PC Card控制器以其丰富的功能、广泛的兼容性和低功耗特性，为PCI与PC卡之间的桥接应用提供了强大的支持。通过深入了解其引脚描述、特性协议、编程模型、电气特性和机械信息，电子工程师可以更好地进行硬件设计和开发，充分发挥该控制器的性能优势。在实际应用中，我们需要根据具体的需求，合理选择封装形式、配置寄存器，并注意电源管理和信号完整性等问题，以确保系统的稳定运行。希望本文能为广大电子工程师在使用PCI1520时提供有价值的参考。