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。

Sean Clark
Richard Whitcomb
王蔼伦
美国快捷半导体公司
Email: helen.wong @fairchildsemi.com

    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

    总线开关是隔离数字信号的理想部件。事实上，“总线开关”这个词是由于这种器件的一般用途而产生的。然而，当一个标准的总线开关经受到极性为负的瞬变尖峰电压时，不论它出现在晶体管的漏极还是出现在源极，都会形成一个不希望存在的导通路径，它会使开关进入导通状态。当开关导通时，负尖峰会传送到被开关所隔离的另外一侧，结果影响到数据信号，引起系统出现故障，甚至会损坏一些敏感的器件。
              
    总线开关是否会感受到负尖峰电压，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，或者由于存在固有的噪音，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，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，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。

    在电平转换方面的改进

    总线开关的另一个作用是进行电平转换，把输入的5.0V电平转换为3.3V输出。由于总线开关几乎不消耗功率(ICC≤10μA)，延迟时间几乎可以忽略(tPD≤250ps)，这些器件可以确保