| 隨著(zhù)市場(chǎng)對功能豐富的手機需求越來(lái)越強勁，具有特殊應用性能的模擬開(kāi)關(guān)得到了最終設計的持續青睞。此舉不僅能降低材料成本(BOM)，還有助于提升設計性能并滿(mǎn)足對產(chǎn)品上市時(shí)間的要求。本文將通過(guò)若干實(shí)際用例指導系統設計人員如何降低沖擊噪聲(pop noise)、檢測充電器及改進(jìn)眼圖張度。
由浪涌電流引發(fā)的沖擊噪聲仍是設計人員所面臨的艱巨挑戰，特別是當最終用戶(hù)啟動(dòng)音樂(lè )和通話(huà)功能之間的切換時(shí)。只要最終用戶(hù)開(kāi)啟了音樂(lè )功能，這種惱人的噪音就會(huì )給人帶來(lái)不愉快的體驗。如圖1所示，在音頻放大器工作時(shí)，通過(guò)交流耦合電容器的電源開(kāi)/關(guān)浪涌電流是產(chǎn)生沖擊噪聲的元兇，此時(shí)的音頻共模電壓會(huì )急劇升高。
目前市場(chǎng)上已有多種解決方案。其中之一是增加額外的放大器使音頻輸出具有“0V”偏置，從而最小化緊鄰耳機之前的交流耦合電容器的大小。因為大多數耳機放大器被整合進(jìn)了基帶處理器或電源管理單元(PMU)，因此增加這種放大器不僅增加了材料成本，還加大了功耗。
圖1顯示了另一種方法，這種方法在音頻信號通路中增加了一個(gè)獨立充電通路，從而允許交流耦合電容器在被切換至耳機或主通路前被完全充電。這可借助基帶處理器的通用I/O進(jìn)行控制，讓音頻放大器和開(kāi)關(guān)先上電，主信道開(kāi)關(guān)此時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)。音頻輸出的共模電壓將開(kāi)始從0升至VCC/2.一段時(shí)間后(以10ms為參考)，耦合電容器兩端被充電至等電位，這時(shí)再開(kāi)啟主信道就完全不會(huì )有浪涌電流了，因為此時(shí)電容器兩極之間的壓差為0V.
這種開(kāi)關(guān)很適合單個(gè)USB連接器(D+/D-引腳)被耳機和USB數據線(xiàn)共享的手機和MP3/MP4播放機采用。低的總諧波失真(THD)對音頻聲道來(lái)說(shuō)非常重要。另外，由于開(kāi)關(guān)被安放在交流耦合電容器之后，因此必須處理低THD下很大的反向信號擺幅。這種開(kāi)關(guān)的超低關(guān)斷電容允許高速USB信號借助該器件進(jìn)行“線(xiàn)或”連接。而較低的寄生電容也是高速USB 2.0標準的一致性測試的關(guān)鍵。
隨著(zhù)目前的市場(chǎng)趨勢向單一USB充電器/數據端口的轉變，特殊應用USB開(kāi)關(guān)已經(jīng)成為帶充電器檢測功能的手機設計中的一種常規配置。圖2是這種開(kāi)關(guān)應用的一個(gè)范例。
基于兩個(gè)主要原因，這種設計中需要使用低導通電容的開(kāi)關(guān)。首先，由于基帶處理器和高速USB控制器輸出共享連接器側的相同D+/D-引腳，因此當手機進(jìn)入高速USB 2.0模式(諸如音樂(lè )下載或閃存功能)時(shí)，必須降低基帶USB1.1/2.0全速控制器的輸出電容。D+/D-線(xiàn)上的任何額外電容都會(huì )損害高速USB信號的眼開(kāi)度。其次，在高速USB模式時(shí)，D+/D-線(xiàn)上懸接的額外走線(xiàn)必須截除以有效避免480Mbps USB信號快速的上升/下降沿引起的信號反射。
由于單個(gè)USB端口要同時(shí)給充電器和數據功能使用，因此在目前的設計中充電器檢測功能已經(jīng)非常普及。傳統方案是把D+/D-線(xiàn)饋至內部A/D轉換器以確定D+/D-線(xiàn)是否短路。如前所述，該方案的主要局限是基帶處理器GPIO端口的高輸入電容將在數據線(xiàn)上增加額外的容抗，這種新增加的容抗將對高數據速率下信號的有效觸發(fā)產(chǎn)生極為不利的影響，而該指標是USB 2.0一致性測試的一部分(例如USB 2.0信號的480 Mbps)。當然，這種方法的另外一個(gè)缺點(diǎn)是還占用了系統A/D轉換器的資源。
在這些應用中，為實(shí)現充電器檢測和全速USB控制器輸出電容的隔離，需要帶超低內部電容檢測電路的USB開(kāi)關(guān)。同時(shí)，用來(lái)決定選擇哪條USB通道作為輸出的USB通道選擇腳(圖2中的S腳)必須能識別1.8 V和3 V邏輯輸入(注意：在基帶處理器GPIO輸出中1.8 V和3 V都相當常用)。
傳統的開(kāi)關(guān)選擇腳可以接受高達2.0 V (TTL邏輯)的輸入“高”(Vih)電平，當開(kāi)關(guān)電源(VCC)直接取自電池時(shí)，該電平可導致嚴重的漏電流。借助能識別1.8 V輸入邏輯電平的能力，還可以省去外接電平轉換器件，從而允許設計人員進(jìn)一步降低材料成本。例如，飛兆的FSUSB45等IC就具有超低導通電容(7pF)和小尺寸(1.4×1.8 mm)以及充電器檢測功能和1.8 V控制邏輯識別等特性，能夠很好地滿(mǎn)足USB數據通路開(kāi)關(guān)設計的需要。 |
