Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2007 №8
Шрифт:
Применение QuickSwitch избавляет от беспокойства по поводу устойчивости микросхем при проектировании устройств с разными типами логики. Одним из полезных свойств шинных переключателей является их двунаправленность; это позволяет проектировщику поместить шинный преобразователь между двумя ИС и обойтись без дополнительной обвязки для входных и выходных сигналов.
Шинный переключатель увеличивает суммарную рассеиваемую мощность, а также общую площадь, занимаемую компонентами системы. Т. к. шинные преобразователи напряжения обычно являются КМОП-схемами, они имеют очень низкое значение потребляемой мощности. Величина рассеиваемой мощности, усредненная за продолжительный период, составляет 5 мВт на один корпус (10 переключателей), и она не
Бывает, что при добавлении интерфейсной логики в схеме возможно увеличение задержки распространения сигнала. Это может привести к появлению множества связанных со временем проблем при проектировании. QuickSwitch обладает очень маленьким временем задержки распространения сигнала (менее 0.25 нc), как показано на рис. 10.7.
УСТОЙЧИВОСТЬ И СОВМЕСТИМОСТЬ ПО НАПРЯЖЕНИЮ, ОБЕСПЕЧИВАЕМАЯ СРЕДСТВАМИ САМОЙ ИНТЕГРАЛЬНОЙ СХЕМЫ
Требования по низкой потребляемой мощности и хорошей производительности ИС привели к тому, что производители соревнуются между собой в проектировании микросхем, работающих при VDD = 2.5 В и ниже и при этом совместимых с ТТЛ и КМОП. На рис. 10.8 представлена структурная схема логического вентиля, в котором логическое ядро может работать при пониженном напряжении, тогда как выходной драйвер работает при стандартном напряжении питания, например, 3.3 В.
Технология, которой следовали большинство производителей, заключается в создании отдельного интерфейса для входов и выходов, т. е. драйверы входов и выходов работают при напряжении питания 3.3 В, оставшаяся часть микросхемы — при напряжении 2.5 В, таким образом устройство может быть ТТЛ-совместимым и отвечать требованиям для порогов VOH и VOL. Внешнее питание 3.3 В требуется для того, чтобы ИС была устойчива к напряжению 3.3 В. Это приводит к дополнительному усложнению, связанному с наличием двух напряжений питания для чипа, но в перспективе дополнительное напряжение питания будет генерироваться в самой микросхеме.
Более гибкая технология (использованная в DSP серии ADSP-218xM) заключается в обеспечении отдельного интерфейса входов/выходов с отдельным внешним напряжением питания, с возможностью установить это напряжение равным рабочему напряжению ядра процессора, если это необходимо. Такая схема обеспечивает устойчивость к напряжению 3.3 В, если внешнее напряжение составляет 2.5 В; или устойчивость к напряжению 3.3 В и совместимость к 3.3-вольтовым устройствам, если внешнее напряжение равно 3.3 В.
Существуют разработки, в которых используется эта технология частично, например, устройства VCX являются устойчивыми к 3.3 В при напряжении ядра и напряжении интерфейса входов/выходов равном 2.5 В, но они не обладают совместимостью с 3.3-вольтовыми устройствами. Другие существующие проекты и патенты в этой области не поддерживают полностью устойчивость и совместимость и требования по низкому потреблению тока при работе в режиме ожидания.
Существует несколько важных аспектов при разработке устройств с двумя напряжениями питания:
1. Последовательность включения питания: Если требуется два источника питания для обеспечения дополнительной устойчивости/совместимости, то какой должна быть последовательность включения питания? Необходимо ли включать оба источника питания одновременно, или устройство может работать при подаче питания только на ядро или только на интерфейс входов/выходов?
2. Технология производства
3. Встроенные средства генерации высокого напряжения. Транзисторы с каналами p-типа (PMOS) должны помещаться в область на кристалле, которая подключена к самому высокому имеющемуся на кристалле напряжению, чтобы предотвратить открывание диодного перехода и протекание избыточных токов. Это высокое напряжение может быть или генерировано на кристалле при помощи зарядного насоса, или поступать от внешнего источника. Это требование может сделать осуществление проекта более сложным, т. к. невозможно эффективно использовать зарядные насосы для генерирования высокого напряжения и в то же время обеспечить малый ток потребления в режиме ожидания.
4. Площадь кристалла: Размер кристалла играет решающую роль при уменьшении себестоимости и повышении эффективности. Обеспечение устойчивости и совместимости схемы может потребовать дополнительной площади для драйверов входов/выходов, чтобы получить необходимые параметры.
5. Тестирование: Т. к. сердечник и драйверы входов/выходов могут работать при различных напряжениях питания, тестирование устройства по всем возможным комбинациям напряжений может быть затруднительным, что отражается на общей стоимости продукции.
Интерфейсы между системами с напряжениями питания 3.3 В и 2.5 В
Серия Fairchild 74VCX164245 — это низковольтные 16-битные преобразователи/ приемопередатчики с двойным питанием и с тремя состояниями на выходе. Упрощенная структурная схема показана на рис. 10.9.
Эти устройства используют низковольтный стандарт VCX, который обсуждался ранее. Схема выходного драйвера питается от шины питания VDDB, обеспечивая устойчивость и совместимость выхода с напряжением VDDB. Входная схема питается от шины питания VDDA, и входная логическая схема регулирует уровни порогов на входе логики в соответствии с конкретным значением VDDA. На рис. 10.10 показаны входные пороги для стандарта VCX при напряжении питания 3.3 В, 2.5 В и 1.8 В. Обратите внимание, что входное напряжение 3.3 В допустимо при любом из трех напряжений питания.
Эти устройства рассеивают около 2 мВт на каждый вход/выход и выпускаются в корпусах TSSOP с 48 выводами и с напряжением питания 2.5 В. Задержка распространения составляет около 3.2 нc.
На рис. 10.11 показано два возможных варианта сопряжения 3.3-вольтовой и 2.5-вольтовой логики. На верхнем рисунке (А) показано прямое включение. Эта схема будет работать, если 2.5-вольтовая ИС обладает устойчивостью к 3.3 В на входе. Если 2.5-вольтовая ИС не является устойчивой к 3.3 В, то может использоваться VCX-преобразователь, как показано на рис. 10.11 (В).