專利名稱：簡化的插件總線控制器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及到半導體設備和計算機系統(tǒng)的設計、生產(chǎn)和制作。更具體地說，本實用新型涉及提供PCI-CardBus功能的半導體設備的設計、生產(chǎn)和制作。本實用新型要求2003年2月11日提交的申請?zhí)枮?0/446，590的臨時申請的優(yōu)先權。
背景技術：
PCI-CardBus腳墊(footprint)的現(xiàn)有技術背景De-facto標準的PCI-CardBus腳墊(footprint)存在著一些問題。1997年首次上市的由德州儀器公司(Texas Instruments)推出的PCI-CardBus控制器是以144個引腳封裝的，就如PCI1210。它是廣泛的用在橋路連接PCI本地總線和用32位CardBus協(xié)議增強的單PC卡插槽的產(chǎn)品。德州儀器公司還推出了另一個產(chǎn)品PCI1130，其用來將一個PCI本地總線和兩個獨立的用32位CardBus協(xié)議增強的雙PC卡插槽進行橋路連接。該產(chǎn)品，即PCI1130，是以208個引腳封裝的，也被廣泛地采用。208個引腳接受PCI信號和PC卡標準指定的兩組信號，并允許兩個PC卡插槽同時工作。
一些公司，包括德州儀器公司，生產(chǎn)的產(chǎn)品和PCI1210是引腳兼容的。德州儀器公司的PCI1410是引腳兼容的，O2Micro公司的OZ6912是引腳兼容的，Ricoh公司的R5C475是引腳兼容的，大多最近推出的ENE的CB1410也是引腳兼容的。每年數(shù)百萬的以這種腳墊(footprint)封裝的芯片被銷售到筆記本電腦和其他PC卡系統(tǒng)，行業(yè)里眾所周知的是德州儀器公司推出了de-fato標準的PCI-CardBus的腳墊(footprint)，其他公司也相繼的推出。
雖然德州儀器公司在PCI1510 PCI-CarfBus控制器中增加了大量的新技術，正如這部分的數(shù)據(jù)手冊所述，它仍保持了與de-facto標準的PCI1410腳墊(footprint)的很高的引腳兼容性。
用208個引腳進行封裝來使兩個PC卡插槽同時工作的理念也被廣泛地采用。德州儀器公司在新推出的PCI1510中延續(xù)了這個傳統(tǒng)，一些競爭對手，包括Ricoh、O2Micro和ENE都采用了PC卡標準指定的兩組信號來使得PC卡插槽同時工作。
電路板空間問題的現(xiàn)有解決方案迷你PCI環(huán)境經(jīng)常受電路板面積所限制，因為它們常常用在要求小且輕便的移動產(chǎn)品上(例如筆記本電腦)。De-facto標準的144個引腳封裝是20毫米×20毫米的QFP腳墊(footprint)和13毫米×13毫米的mBGA腳墊(footprint)。PCI-CardBus的數(shù)據(jù)手冊給出了QFP和mBGA的機械差別。由于材料、裝配、測試夾具、生產(chǎn)量和其他因素的影響，QFP和mBGA封裝之間有很大的成本增量。盡管這樣，一些迷你PCI系統(tǒng)還是采用了mBGA封裝來節(jié)省電路板的空間而犧牲了QFP封裝的價格優(yōu)點。但是，這些因封裝增加的成本對系統(tǒng)而言并無實際的功能價值。
同樣的折衷方案也用在208個引腳封裝的雙插槽PCI-CardBus橋接設備上。該208個引腳封裝為30毫米×30毫米的QFP腳墊(footprint)和16毫米×16毫米的mBGA腳墊(footprint)。大多數(shù)迷你PCI系統(tǒng)不能適應208個引腳的QFP腳墊(footprint)，而且迷你PCI系統(tǒng)也極少使用208個引腳的QFP腳墊(footprint)。相反，增加的成本主要是花在208個引腳的mBGA腳墊(footprint)上，而且除了可以增加電路板空間之外就沒有其他的額外實際價值。
IO泄漏(IO Leakage)問題的現(xiàn)有解決方案運用迷你PCI的移動產(chǎn)品通常配備一塊電池，因此功率消耗就成為一個要考慮的關鍵問題。一些電源管理技術用來減少功率消耗，其中很多就采用了去除PCI總線電源的方案。如果當PCI總線電源被去除了之后，一些與PCI總線相連的設備信號仍然帶電的話，通過這些引腳泄漏的可能性就很大。正如英特爾的Andrew Groves在12/11/02的Wall Street期刊中指出的，在該行業(yè)中，泄漏，內(nèi)部泄漏和外部泄漏，正逐漸成為一個很大的關注。
De-facto144引腳封裝的一些多功能引腳(位于QFP的60，61，64，65，67，68和69引腳，通常稱為MFUNC6:0或MF6:0)是用來實現(xiàn)PCI功能的，例如發(fā)送中斷信號、通過LOCK#的專用訪問控制和PCI時鐘控制。在配置這些PCI功能時，如果PCI總線電源被去除，從防止泄漏的角度看，就應該把這些引腳斷電。引腳通常根據(jù)IO電源需求來分組。兩個電源需求不同的相鄰引腳確定分組。IO根據(jù)電源需求來分組的原因是為了限制IO電源環(huán)路的個數(shù)，總線電源通過該電源環(huán)路給芯片的IO單元供電。增加IO電源環(huán)路就會增加死區(qū)和成本。因為多功能引腳比PCI引腳有不同分組，所以De-facto144引腳封裝要增加IO電源環(huán)路是很難實現(xiàn)的。作為一個在PCI電源被去除時也需要供電的信號，位于de-factor 144引腳的59引腳處的PME#信號是由PCI電源管理規(guī)范定義的。因此，一個分組在57腳(PCI電源地址/數(shù)據(jù)信號AD0)到59腳之間。
如圖1所示，一個解決這種IO泄漏的現(xiàn)有技術方案是增加一個IO電源環(huán)路來為PME#信號提供備用電源，同時也為分布在MFUNC引腳的信號提供PCI電源。
圖1所示是一種提供兩個獨立的電源給芯片上的需要不同電壓的輸入/輸出單元的常規(guī)系統(tǒng)，并且這些輸入/輸出單元沒有清楚的分組從而電源環(huán)路可分配到多個組。PCI IO1、2和3(101、102、103)都需要由PCI VCC電源100供電。一個IO單元104獨立于上述PCI IO，要求從備用電源(AUX VCC)105供電。增加AUX VCC電源105會使得芯片面積增加，而且同時也增加了芯片成本。
實用新型內(nèi)容從而，在一個典型實施例中，該實用新型給出了一個用于驅(qū)動PC卡的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一個可以控制至少兩塊獨立的PC卡的控制器。該控制器能產(chǎn)生控制至少兩個獨立的PC卡的PC卡信號線，且多路復用選定的信號線從而該選定信號可以操控至少兩個獨立的PC卡。
本實用新型將參考PCI電源管理規(guī)范、PCI規(guī)范、迷你PCI規(guī)范以及PC卡標準。本領域的技術人員都熟悉這些工業(yè)標準，還有PCMCIA/SmartCard/CardBus中的標準和擴展卡技術，這些資料都會被認為是本實用新型的背景技術資料。
值得本領域的技術人員重視的是，雖然下面的詳細描述是基于給出的較佳實施例，但是本實用新型并不僅僅局限于這些實施例。反而，本實用新型涉及范圍廣泛，其范圍僅由相應權利要求限定。
本實用新型的其他特征和優(yōu)點將在下面的詳細描述過程中得到充分體現(xiàn)，詳細描述中請參照附圖及其相關數(shù)據(jù)、部件標號。


圖1所示為一種提供兩個獨立的電源給芯片上的需要不同電壓的輸入/輸出單元的常規(guī)系統(tǒng)。
圖2所示為一個本實用新型重新對信號分組的實施例。
圖3所示為一個支持同時工作的兩個獨立的PC卡插槽接口的常規(guī)PC卡控制器的框圖。
圖4所示為一個根據(jù)本實用新型的PC卡控制器的框圖。
具體實施方式
在過去，PCI-CardBus控制器是設計用來支持PCI系統(tǒng)的。PCI系統(tǒng)是遵守PCI規(guī)范而設計的，該規(guī)范能支持10個以上的電負載，一些電負載可以是PCI插槽。PCI系統(tǒng)的電特性是靈活的可配置的。
用于增強的PCI-CardBus腳墊(footprint)的特定具體環(huán)境稱為“迷你PCI母板環(huán)境”。迷你PCI規(guī)范為基于PCI的小版型產(chǎn)品，例如輕薄的筆記本電腦，定義了一個小版型連接器。和PCI母板一起，迷你PCI母板上的設備是設計在系統(tǒng)里面的，就是說，他們不會出現(xiàn)在擴展板上。母板上的設備可以按母板的特定尋址和配置方案來定制(例如SMBus配置和BIOS系統(tǒng)配置)，而這些在擴展板上都是沒有的。PCI規(guī)范對PCI母板設備有不同的要求，這與那些在擴展板上的設備相對。例如，PCI規(guī)范的3.7.2部分定義了母板不同于擴展板的奇偶校驗的要求。
IO泄漏INTA#、CLKRUN#和IRQSER信號，以及在迷你PCI環(huán)境中典型用到的信號，它們分別被發(fā)送到de-factor144個引腳的QFP的引腳60、65和69，并且當把PCI總線電源去除的時候，通過這些信號就存在著典型的泄漏。本實用新型重新把這些信號分配到PCI總線電源分組中，使得這些信號可以由PCI總線電源輸入對其停止供電，而不需要在該芯片上設計額外的電源環(huán)路。圖2所示的是依據(jù)本實用新型對信號重新分組的典型實施例。圖2表示圖1中對信號重新分組是如何節(jié)省一種電源環(huán)路。如圖所示，IO信號101、102和103都與PCI VCC電源100為一組，而IO信號104則與AUX VCC電源105為一組。當然，這只是一個典型實例，本領域的技術人員都知道，根據(jù)引腳的數(shù)量可以存在很多分組。所有的這些分組都被認為在本實用新型的精神范圍之內(nèi)。
電路板空間當采用正方形的封裝且引腳間距為0.5毫米時，128個引腳的QFP封裝是18毫米×18毫米，其比PCI-CardBus的144個引腳的de-factoQFP節(jié)省百分之十九的封裝空間。本實用新型給出了一種簡化引腳的PCI-CardBus設備。例如，本實用新型可以用在為簡化的PCI-CardBus設備制作的128個引腳QFP。
該迷你PCI環(huán)境是一個可控制的環(huán)境。盡管PCI規(guī)范的3.2.2.3.5部分明確指出一種PCI設備“不能在地址線和內(nèi)部IDSEL信號之間進行內(nèi)部連接來節(jié)省一個引腳”，他們給出了主橋接器(host bridge)的一個例外。本實用新型詳述了在這個例外中，一個可控制的迷你PCI環(huán)境中IDSEL映射被固定在母板設備的地址線上，因此該引腳就可以被去除。從而本實用新型給出了一個去除迷你PCI環(huán)境上的IDSEL引腳的裝置，來實現(xiàn)本實用新型的128個引腳的PCI-CardBus設備。
本領域的技術人員知道VCCD0和VCCD1信號是規(guī)范的一部分。在設計迷你PCI系統(tǒng)的階段，PCI-CardBus設備的電源和接地的電特性是可被仔細的調(diào)整的。因此，為實現(xiàn)這些系統(tǒng)，可以用盡量少的電源和接地引腳。節(jié)省電源和接地引腳也是本實用新型實現(xiàn)128個引腳的PCI-CardBus設備的一個環(huán)節(jié)。
在de-facto腳墊(footprint)中的一個不必要的特定的電源信號是VCCB信號，也稱為SOCKET VCC。該信號可以用來給IO單元供電或者根據(jù)CardBus的PC卡標準AC規(guī)范的5.3.2.1.2部分提供鉗位保護。因此，本實用新型給出了一種PCI-CardBus設備，其要求CardBus電源與IO的PCI-CardBus電源是外部相連，從而去除VCCB引腳實現(xiàn)128個引腳的PCI-CardBus裝置。
如今的迷你PCI系統(tǒng)可能只有一個或兩個通過一些焊接連接的PCI插槽。本實用新型認為當被用在迷你PCI環(huán)境中支持小于10個PCI插槽時，CardBus控制器可以設計得更經(jīng)濟高效。
如圖3所示，常規(guī)的雙插槽PC卡控制器300需要大量的信號來支持PC卡插槽A接口302和PC卡插槽B接口303同時工作。常規(guī)的雙插槽PC卡控制器300為PC卡插槽A信號304和PC卡插槽B信號305提供獨立的路徑，這需要大量的輸入和輸出。PC卡標準給每個插槽定義了一個68引腳的接口。雙插槽PC卡控制器300利用一個與雙插槽PCMCIA電源切換設備301相連的控制信號組306把電源要求傳達給PC卡插槽。電是從電源切換設備301經(jīng)輸出307和308來供給PC卡插槽的。
圖4闡明了本實用新型的PC卡控制器的框圖。在該實施例中，PC卡400復用兩個PC卡插槽接口間的信號來消除同時工作。用這個控制器，PC卡控制器上的全部信號的數(shù)量就可以減少，節(jié)約了硅的成本和封裝成本，并且節(jié)省了封裝電路板空間。
當各自的插槽接口進行工作時，每個插槽上保持獨立的信號才會被激活，這些信號被稱為插槽控制信號401和402。該插槽控制信號被看成是具有一定的協(xié)議，或者必須是相對于電用途(例如不同的電壓需求)獨立的一種插槽獨立信號。在較佳實施例中，插槽控制信號是16位PCMCIA“芯片啟動”信號、16位PCMCIA“數(shù)據(jù)”信號、CardBus“時鐘”信號以及CardBus仲裁信號“REQ#”和“GNT#”。來自卡的16位PCMCIA輸出被分類為控制信號，因為它們可以達到5伏的電平，這與CardBus3伏的電平是互不兼容的。
當PC卡插座A接口302或者PC卡插座B接口303工作時，共用信號403被激活。在較佳實施例中，該共用信號為PC卡標準所定義的16位PCMCIA“地址”信號或者CardBus“地址/數(shù)據(jù)”信號的最小值。共用信號403加上控制信號401和402構成了PC卡標準所定義的PC卡信號，如圖3中的信號304和305。
為使一個雙插槽PC卡控制器來實現(xiàn)上述的多路復用功能，有一些設計問題需要考慮。該設計可以包括早期檢測插入事件(early-detectinsertion events)電路、設置兩個插座接口或其中一個在掛起狀態(tài)(例如不工作狀態(tài))電路、多路復用仲裁電路、和/或調(diào)節(jié)電源管理系統(tǒng)電路。這些電路沒有在這里進行描述是因為它們對于理解本實用新型是不必須的。
早期檢測插入事件可以保證當插入第二塊PC卡時共用信號的信號屬性。例如，如果當PC卡插座A302的第一塊卡處于工作狀態(tài)，再把第二塊卡插入了PC卡插座B303里時，共用信號403可能在插入過程中和之后一段時期內(nèi)處于一個未知狀態(tài)，這是由于對傳送至PC卡插槽B的共用信號電容上的電平未知，或者對放電的插槽B的電源308之間的連接未知。
解決這個問題的較佳方案是給改進的PC卡控制器400提供插入第二塊卡的早期檢測通知，把第一塊PC卡插槽接口置于掛起狀態(tài)，然后等待第二塊PC卡插槽的電源被激活。電源可以由系統(tǒng)軟件控制，或由與PC卡電源切換設備相連的PC卡控制器的控制信號306自動控制。
該較最佳早期檢測通知是利用PC卡連接器的VCC/GND引腳的PC卡標準引腳長度定義來實現(xiàn)的。PC卡標準的“物理規(guī)范”中的4.2部分給出68個引腳的PC卡連接器的引腳長度的定義。電源/接地引腳比通用信號的引腳要長0.75毫米。只要共用信號403落入了依據(jù)PC卡標準的“通用”信號的范疇，則對電源/接地連接的識別就能給出早期檢測通知。這種識別是通過給帶一個上拉電阻的改進PC卡控制器一個輸入信號而解決的，該輸入信號和連接在68個引腳連接器的地信號相連，當一塊PC卡被插入并和該連接器連接時(例如加長0.75毫米的電源/接地引腳接通)輸入信號就被接地；否則該輸入信號會被拉至一個高邏輯電平。
把一塊卡設置在“掛起”狀態(tài)取決于插入的PC卡的類型。對于CardBus卡而言，可以通過運行依據(jù)PCI和CardBus協(xié)議規(guī)范的主卡啟動(master-initiated)終端協(xié)議之一來使卡目標(card-target)工作處于掛起狀態(tài)。通過使連接到CardBus卡的總線信號GNT#無效，并運行一個依據(jù)PCI和CardBus協(xié)議規(guī)范的目標啟動(target-initiated)終端協(xié)議之一，來使CardBus卡-主卡(card-master)工作處于掛起狀態(tài)。另外，CardBus時鐘信號在掛起狀態(tài)下可能被停止。
對于16位PCMCIA卡而言，依據(jù)PC卡規(guī)范，該卡一直作為一個目標卡。對16位PCMCIA的操作是由PC卡控制器高度控制的，并且可以通過使芯片使能信號無效而被PC卡控制器早期結束。該芯片使能信號在掛起期間可能保持無效。
控制器400也可以在兩個PC卡插槽之間進行仲裁。通常情況下，多路復用接口使用的仲裁取決于插入的PC卡的類型。其中一個方式是用傳統(tǒng)的時分復用方案，該方案允許一個插槽先工作，然后再允許第二個插槽工作，等等。較佳的仲裁方案是用CardBus卡的REQ#信號來識別CardBus卡的卡啟動(card-initiated)工作要求。對于16位的PCMCIA卡和CardBus目標環(huán)路而言，PC卡控制器啟動了這些工作，并且更適宜用一種公平的仲裁方式來啟動這些工作。
為了調(diào)節(jié)電源管理系統(tǒng)，當任意一個插槽工作時，兩個插槽都應該供電。一些系統(tǒng)在插槽的中PC卡不工作時便會關掉該插槽的電源。這就是電源管理系統(tǒng)。用在改進的PC卡控制器400中的電路可以用來在任意一個插槽工作時，保持對兩個插槽供電。這可以通過拒絕主系統(tǒng)斷電的要求、忽略軟件供電需求以及通過用PC卡電源切換控制接口306直接控制供電來實現(xiàn)。在該最佳實施例中，當一塊卡被插入時，改進的PC卡控制器400自動給PC卡插槽供電，當PC卡被拔去時自動從這個插槽上斷電，并且忽略主系統(tǒng)軟件的供電需求。
該實用新型包括下述特性的一個或幾個A)為把CardBus電源接到CORE_VCC電源環(huán)路上，外部連接3伏電源到PCMCIA切換器，從而給PCI-CardBus設備的CardBus IO驅(qū)動器供電，在符合PC卡標準AC規(guī)范的第5.3.2.1.2節(jié)的同時消除對VCCB(也稱為SOCKET_VCC)的需求。
B)減少通過MF引腳的泄漏，通過重新分配PCI電源分組的引腳和消除制作雙電源環(huán)路增加的死區(qū)成本來提供PCI功能。
C)使一個常規(guī)用途的PCI-CardBus設備適合于迷你PCI母板系統(tǒng)的功能平臺，減少電源/接地需求和一些引腳功能，并且在母板環(huán)境下可以控制的特定的條件下以128個引腳封裝。
D)為配置PCI_AD31:16信號與一個PCI設備的IDSEL信號的內(nèi)部連結，在VCCD0和VCCD1信號上提供一個上拉/下拉配置選項。
E)用一個雙插槽PC卡控制器來多路復用PC卡“共用信號”，因此可以減少PC卡控制器的信號數(shù)量。因為復用而減少信號數(shù)量會提供較小腳墊(footprint)的封裝方式。
本領域的技術人員知道許多對本實用新型的改進。例如，前述的詳細描述中給出了一種簡化的CardBus控制器。但是，本領域的技術人員還知道本實用新型可以用于其他擴展卡技術，包括SmartCard.PCMCIA和/或其他新出現(xiàn)的擴展技術例如閃存設備(例如，MemoryStick，Secure Digital，CompactFlash)，和/或其他的擴展技術。但是，這些具體例子都被認為遵循其中闡述的原理來減少其它的信號。所有的這些改進都認為是在本實用新型的精神之內(nèi)，都受限于本實用新型的權利要求。
權利要求1.一種用于驅(qū)動PC卡的系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包括一個能控制至少兩個獨立PC卡的控制器，所述控制器產(chǎn)生用于控制所述至少兩獨立PC卡的PC卡信號線、并且用于多路復用選定的所述信號線，所述選定信號可操控所述至少兩獨立PC卡。
2.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述多路復用信號為所述至少兩個PC卡的共用信號。
3.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)還包括一個電源切換器，當至少其中一個所述PC卡存在時，所述控制器產(chǎn)生一個控制信號給所述電源切換器，所述電源切換器給所述至少PC卡供電。
4.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)還包括至少兩個PC卡插槽，所述PC卡插槽能接收各自的所述至少兩個PC卡之一。
5.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述選定信號包括當所述PC卡中的一個處于工作狀態(tài)時被激活的信號。
6.根據(jù)權利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于所述選定信號包括PC卡標準所定義的16位PCMCIA地址信號。
7.根據(jù)權利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于所述選定信號包括PC卡標準所定義的CardBus即32位地址/數(shù)據(jù)信號。
8.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述控制器還產(chǎn)生用于操控所述每一個PC卡的插槽控制信號。
9.根據(jù)權利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于所述插槽控制信號從16位PCMCIA芯片啟動信號、16位PCMCIA數(shù)據(jù)信號、CardBus時鐘信號以及CardBus仲裁信號REQ#和GNT#信號組中選出。
10.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述控制器還包括給第二PC卡的存在提供早期檢測通知的早期檢測電路，所述早期檢測電路還把第一PC卡設置于掛起狀態(tài)，并等待一個電源來激活第二PC卡。
11.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)還包括用于仲裁所述至少兩個PC卡的控制工作的仲裁電路。
12.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)還包括電源管理電路，所述電源管理電路控制至少兩個PC卡的供電。
專利摘要本實用新型給出了一種可以減少信號數(shù)量和電路板空間的CardBus控制器。在一個典型實施例中，該控制器能在一個兩個PC卡系統(tǒng)中多路復用選定信號，因此信號線不被重復使用。該選定信號包括兩個PC卡之間的共用信號。為更有效地操控兩PC卡，該控制器還包括早期檢測電路、仲裁電路和電源管理電路。
文檔編號G06F13/40GK2710040SQ200320101510
公開日2005年7月13日 申請日期2003年10月20日 優(yōu)先權日2003年2月11日
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