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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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這種電源解決方案能夠確保任何時(shí)候 (不論上電還是斷電、USB線(xiàn)纜是否插入)，系統始終擁有電源。該方案唯一的限制是額外元件帶來(lái)的成本問(wèn)題。而這應用的最后一個(gè)問(wèn)題也常常被忽略：USB短路承受能力的要求。
短路承受能力
USB 收發(fā)器必需能夠承受得起 D+ 和/或 D- 到 VBUS、GND以及其它數據線(xiàn)，或連接器插頭處電纜屏蔽外殼的至少 24 小時(shí)的持續短路，并且不會(huì )降低性能。建議收發(fā)器的設計應能承受此種不確定短路故障。在短路的情況下，當發(fā)送和接收時(shí)間各占一半 (所有支持的速度) 時(shí)，器件必須不受損害。發(fā)送期間有一個(gè)對稱(chēng)信號，在高低電平之間切換。在VBUS處于最大值(5.25V)時(shí)系統的短路承受能力必須得到保證。建議把這些 AC 和短路電路要求作為器件長(cháng)期可靠性的鑒定標準。即 USB2.0 規范。
還有一個(gè)需要考慮的重要因素是ESD (靜電放電) 保護。由于I/O端口極易遭受ESD，故強烈建議提供額外的ESD保護。如果USB信號通道是高速 (480M bps)的，則寄生電容最好小于1pF以使將總線(xiàn)負載減至最小，否則會(huì )反過(guò)來(lái)影響眼圖測試結果。在音頻/USB共享應用中，還存在負擺動(dòng)信號的挑戰。要避免這一點(diǎn)的方法之一是把電容置于耳機線(xiàn)纜中。不過(guò)，要獲得更好的音頻低頻帶響應，電容應該盡可能地大，這樣一來(lái)，卻增大了尺寸和成本。解決該問(wèn)題的另一種方法是在設計中選用負擺動(dòng)音頻放大器 (音頻輸出信號直接基于GND上下擺動(dòng))。
飛兆半導體的創(chuàng )新多媒體開(kāi)關(guān)FSA201 和 FSA221便解決了上述各種問(wèn)題 (FSA201 用于全速USB，FSA221用于高速USB)。
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圖6
FS USB source FS USB源
AUDIO CODEC 音頻編解碼器
Device ID recognition 設備ID識別
MINI USB CONNECTOR 微型USB連接器
利用FSA201 和 FSA221，內部邏輯控制能夠在VAUDIO 和 VBUS之間自動(dòng)切換電源，并滿(mǎn)足USB短路承受能力要求。當VAUDIO=0時(shí)，這些開(kāi)關(guān)可自動(dòng)使所有端口處于高阻抗狀態(tài)。此外，R/L通道可以極高的隔離度接收低至VAUDIO-7.0V (若Vaudio=3.3V，則可接收3.3V~-3.7V 的信號) 的負擺動(dòng)信號。它具有低ICCT特性，允許VAUDIO上有更高的電源電壓，可實(shí)現泄漏小于10uA的正常I/O電壓級控制信號輸入。這些開(kāi)關(guān)內集成了8KV ESD保護功能 (HBM模式)，非常適合于I/O共享應用。所有這些特性都大大簡(jiǎn)化了系統的I/O設計，同時(shí)保護了端口免受各種損害。
總結
隨著(zhù)市場(chǎng)的趨勢是把越來(lái)越多的多媒體功能集成在外形日趨纖薄小型的便攜式設備中，模擬開(kāi)關(guān)在混合信號轉換、系統保護和智能檢測中承擔著(zhù)不同于以往的新角色。這些開(kāi)關(guān)不僅僅是把便攜式應用中的不同模塊連接在一起的重要橋梁，還擁有信號共享、隔離和保護的功能。新一代的模擬開(kāi)關(guān)，如FSA201和FSA221，為設計人員提供了極大的優(yōu)勢。通過(guò)這些整合了高性能、穩健ESD保護和超緊湊封裝的開(kāi)關(guān)，設計人員能夠簡(jiǎn)化設計、減少元件數目、降低成本，以及把產(chǎn)品更快地推向市場(chǎng)。如此一來(lái)，設計人員得以把更多的時(shí)間花在設計上，而不必再為選擇不同芯片組和更新處理器以應付端口共享所帶來(lái)的棘手設計難題所煩擾。
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