现在电子产品需要体积更小、速度更快、功能更强的元器件。最近几年,在数字总线开关领域,出现了新型的总线开关技术,它们具备以下特点:负尖峰保护的性能有了改进、采用球栅阵列(BGA)封装、总线位数可配置并且改进了电平转换的性能。
标准的总线开关是一只导通电阻RON很低的NMOS晶体管,它的栅极连接到一个控制电路,通常称作“输出选通”,用OE表示。若干个这样的晶体管做在一块硅片上便构成了总线开关,有字宽为1位至48位的各种产品,它们采用各种不同封装。标准开关的导通电阻RON是4Ω,传播延迟很小,一般是250ps,从电源吸收的电流ICC很小,在电流流过时不会出现反射现象,而且它的控制输入信号与TTL兼容。用户可以选择是否需要配备负尖峰保护功能、25Ω串联电阻、电平转换二极管、输出端预先充电,以及是否使用节省空间的封装外壳等等。
负电压尖峰保护的改进
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总线开关是否会感受到负尖峰电压CONTROL ENGINEERING China版权所有,系统设计起着主要作用。通常在系统中很难避免出现负尖峰电压www.cechina.cn,或者由于存在固有的噪音CONTROL ENGINEERING China版权所有,负尖峰电压不可避免,因此需要作一些折衷。例如,使用反射波设计的系统,像PCI总线,或者经常进行热插拔的系统。
总线开关制造商和系统设计人员都认识到上述问题,设计了一系列可以在噪音环境下工作,并且具有负尖峰保护功能的开关。这些具备负尖峰保护功能的开关在遇到极性为负的瞬变电压时,仍然维持截止状态。负尖峰保护有几种方案,可以保证在出现-2.0V的负尖峰时起到保护作用。这些保护方案是:充电泵、串联开关、肖特基箝位二极管和UHC(强化的负尖峰保护电路)
图1为各种方案的保护效果图,在开关堵塞、输入一系列仿真负尖峰的电压(幅度从0V至-2.0V)的情况下,比较了输出端的电压。
球栅阵列(BGA)封装
随着系统功能的增多、系统尺寸的缩小,要求总线开关的尺寸更小控制工程网版权所有,同时又要求增加位数,这是系统设计人员非常希望和需要的。总线开关与球栅阵列封装技术两者结合起来,可以缩小电子产品的尺寸,同时增加更多的功能。
例如,在一台普通的笔记本计算机中,连接器需要接通或切断80位字宽的数据。标准的、使用引线的方案需要两个采用QVSOP封装的32位总线开关,一个使用TSSOP封装的20位总线开关控制工程网版权所有,占用的面积总共是417.4 mm2。相比之下,使用两个BGA封装40/48位的总线开关,占用的面积总共是176 mm22。在这个例子中,BGA封装使PCB缩小了60%。
位数可配置的器件
在总线开关技术方面,最近出现的新进展是把BGA封装技术和可配置总线开关结合起来。利用这项新技术制造的高位数可配置总线开关有许多用途。用这种器件,设计工程师在布置印制电路板时可以有更多的选择。这种可配置的总线开关是20位的器件,采用BGA54封装,它可以配置成为五个4位、四个5位、两个10位、一个16位或者一个20位的总线开关。可配置开关还有40/48位的,它们采用BGA114封装(图2)。此外,这些器件可以选择输入为5 V,输出为3 V的电平转换。
可配置总线开关的优点在于,它能够取代位数不同的各种总线开关器件。在前面讲到的笔记本计算机这个例子中,设计人员可以用两个器件代替3个器件,从而减少电路板面积,同时维持电路板的通讯协议不变。在一个典型的服务器的印制电路板上有11个10位的总线开关,可以用3个40位可配置的器件来代替。同时,电路的其它部分继续是以10位来交换数据。
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