接口逻辑和开关器件应用综述

随着半导体制造技术的发展，芯片中被集成进更多的功能模块，人们甚至希望将接口器件都集成到单一芯片之中。本文认为，尽管ASIC器件日益普及，标准的接口逻辑和开关器件在电平转换、大功率器件和低功率器件接口等领域仍然拥有广阔的应用空间。

随着集成电路设计和制造技术的发展，许多设计工程师都希望将接口逻辑融入ASIC或采用某类可编程门阵列替代接口逻辑。这种设计愿望本身无可厚非，但实际上逻辑器件对于解决许多无法预见的设计问题还是不可或缺。在需要连接两个具有不同类型I/O和电压电平的IC，以及需要将双极性/MOSFET电路架构所需的大功率和高驱动同小功率CMOS性能相结合的场合，逻辑器件仍然大有用武之地。

由于每个应用系统都需要某种类型的功率和逻辑接口解决方案，因此接口逻辑仍将获得进一步发展。接口逻辑仍然致力于消除复杂网络/通信系统、PC/服务器、带寄存器的内存模块、蜂窝电话，甚至低成本家用电器中ASIC之间的差异。业界仍然致力于寻求工作电压较低并具较高工作速率的解决方案，因为在目前的日常生活中，应用系统需要处理越来越多的视频、音频和数据内容。为了满足这些需求，需要提升微处理器的速率，而这又转化为提升通信总线速率和系统内存。最后，所有这些信息都需要捆绑在一起、存取、共享和显示。满足上述需求的IC性能表明，较小的处理器规格只需较低的内核工作电压。而满足上述所有需求的最大负担则是需要对一些行之有效的传统系统IC和架构进行向后兼容性设计。高性能微处理器、内核/ASIC和传统外围IC的共存就需要逻辑接口解决方案(图1)。逻辑接口技术有助于设计工程人员克服各种各样的信号完整性、信号分布和芯片至芯片接口问题。

在信号再生和噪声消除中的应用

逻辑器件可利用逻辑驱动或缓冲提高信号的质量，从而为设计工程人员驱动高负载信号通道提供便利。一些设计需要在不同信号通道之间切换数据，但又不会因引入信号抖动而影响重要数据路径，零延迟总线交换技术可以解决这个问题。时钟信号的分配可在扇出缓冲中经由多路信号复用/多路信号分离逻辑电路实现。目前许多系统都需要这类逻辑接口IC，而一类全新的信号再生产品也即将问世。这些产品将对具有总线交换零延迟特性的纯逻辑驱动器的信号再生质量进行调配和优化。

设想一下，如果一种产品能恢复信号、根据负载/反射来抑制下冲/上冲、在信号路径中分离零延迟/信号抖动，而完成这一切都只需引入传统的逻辑解决方案，这多么诱人啊！逻辑器件和总线交换功能的简单融合而成本只与传统逻辑器件相当，无疑将进一步延长接口逻辑的生命期。

详细的应用实例请见：www.pericom.com/applications/AW19.pdf(千兆位LAN控制器交换PI3B16233: 3.3V高速NanoSwitch)、www.pericom.com/applications/AW11.pdf(视频处理/PI5V330, PI5C3303, PI5C3390, PI74ALVCH16270)、www.pericom.com/applications/AW14.pdf (无线互联网平台/PI74ALVCH32245)和www.pericom.com/docs/AN46.pdf(利用传统终端方法实现PI7AT04有源终端)。

在I/O和信号电平转换中的应用

目前，许多系统平台都需要设计工程师解决与I/O和信号电平转换相关的芯片到芯片的兼容性问题。这些设计都需要在5V IC至3V IC或3V IC至1.8V IC或甚至更低电平之间进行接口(图2)。

正是这些需求激励着逻辑器件提供商推出了许多逻辑解决方案。目前的解决方案使得设计工程师能采用可配置和不可配置IC设计方法解决这些电压变换问题，这两种方法都有助于解决特定的应用问题。当需要固定电压变换时，即可采用不可配置解决方案。

可配置逻辑解决方案使设计工程师能在整个电压电源范围内，在逻辑器件的每一侧设定电压电平。该特性对于那些需要一定灵活性使各式各样的IC总线适应不同主板配置或需要支持5V或3V接口PCMCIA/CF卡的应用尤为重要。现有的电压变换产品可提供固定而卓越的电压变换电路技术。随着新应用的不断涌现以及控制信号复杂度的不断增加，这迫切需要一类新型电压变换器。未来的逻辑解决方案将提供可编程功能，在单个IC中支持多种电压变换电平，，这类新型电压变换器有望提供极大的设计灵活性。

详细信息请见：www.pericom.com/applications/AW1.pdf(10千兆位(OC-192)路由器和交换机/PI74AVC164245变换器/电平转移电路)、www.pericom.com/applications/AW8.pdf(路由器/线缆调制解调器/其他混合电压应用/PI74ALVCT16260, PI74ALVCHT16835)、www.pericom.com/docs/AB8.pdf(以PI5C16861总线交换为变换器的混合电压内存模块)、www.pericom.com/docs/AN51.pdf(采用PI74HSTL1212，实现HSTL与LVCMOS 以及HSTL与SSTL-2的功率条件)、www.pericom.com/docs/AN49.pdf (电压变换: 交换电压变换器和PI74AVC164245的区别)和www.pericom.com/docs/AN38.pdf(采用PI3C3245交换的电压变换)。

在内存模块和PCI-X总线上的应用

内存模块可提供涵盖平面解决方案到堆栈解决方案在内的多种配置方案。这些解决方案都需要一类具有高驱动和高速率、可支持当前和下一代DDR-I和DDR-II内存需求的逻辑器件。随着内存模块提供商不断提升内存产品的密度，寄存器缓冲逻辑解决方案在极高负载电路环境下发送高速数据和时钟信号的同时，还需要保持信号的完整性。

除了内存模块需求，总线交换逻辑也有助于支持低成本PCI-X扩展。总线交换有助于设计工程师在应用中扩展内存插槽或PCI-X插槽的数目，而成本仅相对于传统ASIC扩展解决方案的几分之一。这些逻辑解决方案也是逻辑器件在当前系统环境下实现增值的范例。

未来的产品将持续提供卓越的驱动和速率，而且将以更好的封装协助内存模块生产商推出规格更小的内存卡。内存模块扩展和PCI-X插槽扩展解决方案还将不断提供卓越的即插即用功能。然而，该技术还需进一步改进，以满足下一代QDR和PCI-X高速总线的需求。详细的应用信息请见： www.pericom.com/applications/AW28.pdf(DDR DIMM模块(DDR-I和DDR-II) /PI74SSTV16857, PI74SSTV16859, PI74SSTV32859寄存器缓冲)、www.pericom.com/applications/AW24.pdf(带有零信道RAID/PI5C3303总线交换的主板)、www.pericom.com/applications/AW3.pdf(内存模块/PI74SSTV32852&SSTV16859寄存器缓冲)、www.pericom.com/applications/AW13.pdf(PCMCIA-磁盘/内存模块热插拔/PI3B3384总线交换)、www.pericom.com/docs/AB32.pdf(适用于PC100/PC133 DIMM交换的3.3V总线交换)、www.pericom.com/docs/AB19.pdf (PCI热插拔应用中的PI5C6800总线交换)和www.pericom.com/docs/AN52.pdf(即插即用总线交换)。

SOTiny门逻辑解决方案

逻辑领域的另一产品是SOTiny门逻辑解决方案，这类逻辑器件不仅得到ASIC逻辑固件的拥护，还得到了低成本消费产品解决方案的拥戴，从而将材料成本降至最低。随着逻辑产品的不断推广，这类产品也逐渐渗入到诸多应用领域。SOTiny门逻辑解决方案可为业界提供最小最便捷的逻辑解决方案(图3)。随着封装的不断发展，新功能的不断引入也有助于设计工程师解决特定的应用需求。详细的应用信息请见：www.pericom.com/applications/AW31.pdf 数字录像机(DVR)/PI74STX2G04)双向变换器门限)、www.pericom.com/applications/AW7.pdf(蜂窝电话/PI74STX1G04 SOTiny门限单向变换器)和www.pericom.com/applications/AW17.pdf(无线VoIP电话/PI74STX1G125 SOTiny但门限缓冲)。

本文小结

逻辑接口可提供一系列卓越的特性和性能，以帮助设计工程人员克服下一代和现有系统之间的接口问题。随着需求的上升，接口逻辑不仅能确保信号完整性，还可能为诸多下一代内存和PCI-X插槽扩展提供颇具成本效益的解决方案。逻辑器件仍然具有光明的前景，尤其是当先进的ASIC或FPGA无法提供最具性价比优势的解决方案时，逻辑解决方案通常被视为一种补充解决方案。以后随着逻辑技术的不断创新，设计工程人员还能自豪地说：“逻辑器件永远不会退出历史舞台！”

作者：

Jeff DeAngelis

接口逻辑和交换产品生产线

市场总监

Pericom半导体公司