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便攜式設計中I/O端口共享的設計挑戰
作者：
時(shí)間：2009-05-11
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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應用背景
在便攜式設備中，和UART (通用異步收發(fā)器) 信號通道共享USB I/O接口是很常見(jiàn)的。設計人員為此采用了模擬開(kāi)關(guān)，如圖1所示。
圖1
UART接口用于系統軟件更新，故用戶(hù)一般將很少使用這一功能，從而避免了外部I/O連接器占用空間與增加額外的成本。為了便于調試和開(kāi)發(fā)起見(jiàn)，設計人員通常寧愿讓這類(lèi)應用與USB端口共享數據通道。
另一個(gè)流行趨勢是在USB信號和音頻信號間共享微型USB連接器。圖2顯示了最常用的應用共享方式。
圖2
在這個(gè)應用中，負信號將經(jīng)由電容的音頻信號路徑之后出現。但普通的單電源系統無(wú)法接收負信號，這可能會(huì )引起預想不到的泄漏或損害。在某些情況下，模擬開(kāi)關(guān)能夠耐受負信號而不會(huì )崩潰，但信號的負擺動(dòng)會(huì )產(chǎn)生無(wú)法預料的通道串擾，大幅降低OFF隔離性能，甚至可能致使應該關(guān)閉的通道處于打開(kāi)狀態(tài)。
圖3
低功耗穩健I/O設計的挑戰
UART/USB共享應用存在一個(gè)隱憂(yōu)，即信號電平有可能超過(guò)內部系統的電源電壓。電池供電設備電源的I/O電壓通?？蛇_3.3V。如果我們把這個(gè)I/O電壓用作模擬開(kāi)關(guān)的電源，則USB低速/全速信號電平在3.0到3.6V間，這時(shí)就存在系統工作時(shí)輸入信號電平超過(guò)電源電壓的風(fēng)險。另一個(gè)問(wèn)題是，如何在系統處于“斷電”狀態(tài)時(shí)對系統進(jìn)行保護。通常，這需要一個(gè)穩定的電源以實(shí)現模擬開(kāi)關(guān)的高阻抗狀態(tài)。
針對這些問(wèn)題有兩種解決方案。其一是把電池電源用作模擬開(kāi)關(guān)VCC，但這依賴(lài)于系統的放電極限，亦即若系統允許電池放電電壓在3.6V以下 (不幸的是往往如此)，則第一個(gè)問(wèn)題還是沒(méi)有得到解決。此外，在大部分時(shí)間里，電池電源電壓都高于系統的I/O電壓 (3.3V)，這意味著(zhù)邏輯選擇引腳的電平可能大大低于電源電壓，可能導致很大的電流泄漏產(chǎn)生。所以，為了防止電流泄漏，邏輯選擇引腳中需要增加一個(gè)電平移動(dòng)IC。圖4例示了這一點(diǎn)。
圖4
第二種解決方案如圖5所示。
圖5
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