實(shí)現智能手機USB 2.0端口共享的方案

4G手機的最新趨勢是在手機中集成兩個(gè)處理元件，同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)USB端口。對于這種應用，一個(gè)比較好的選擇是采用集線(xiàn)器。不過(guò)麻煩在于USB集線(xiàn)器的接線(xiàn)通常是電容性的，功耗相當大；而另一方面，同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)USB端口的機會(huì )又不多。圖2所示為這種手機的一種設計方法，其中，3G通信處理器必需與4G處理器分開(kāi)來(lái)單獨訪(fǎng)問(wèn)USB端口。通過(guò)一個(gè)隔離開(kāi)關(guān)（FSUSB31），并采用極短的PCB引線(xiàn)，可以盡量減小電容。這樣一來(lái)，在從3G通信處理器到USB主設備的路徑上，一個(gè)高速發(fā)射USB數據眼（data eye）與USB規范相比有很大的裕量。在這個(gè)例子中，應用處理器控制USB 3:1多路復用開(kāi)關(guān)，當后者在待機模式下處于低電狀態(tài)時(shí)，它可以讓自己的控制線(xiàn)路上的上拉和下拉電阻連接到默認的應用處理器。

　　圖2：多路復用USB 2.0開(kāi)關(guān)和帶隔離開(kāi)關(guān)的集線(xiàn)器應用。

　　上述功能可通過(guò)開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現，上電時(shí)其功耗極小，禁用時(shí)功耗幾乎為零。在圖2所示的4G手機應用中，FSUSB63始終上電，耗電量只有幾微安。同時(shí)，在圖1所示的應用中，當功率管理IC在待機模式下關(guān)斷FSUSB63時(shí)，其耗電量降至1微安以下。

　　對于大多數集成電路而言，高速和低功耗一般是一對相互矛盾的特性。能夠兩者兼具的解決方案常常需要降低電壓，并使用精細的幾何工藝尺寸；然而，USB規范要求的是高電壓信號。在性能穩健的手機設計中，D+和D-信號能夠承受至5V VBUS信號線(xiàn)的短路，故限制了低電壓解決方案。不過(guò)，最近推出的低功耗電荷泵USB開(kāi)關(guān)解決了這個(gè)問(wèn)題，并滿(mǎn)足嚴苛的USB發(fā)射眼圖要求，如圖3所示。事實(shí)上，無(wú)需對架構或所選器件做任何修改，大多數這類(lèi)設計的工作速率就能夠達到高速USB數據速率（> 1 Gbps）的兩倍以上。

　　圖3：高速USB 2.0發(fā)射眼圖。

　　要通過(guò)USB開(kāi)關(guān)從一個(gè)處理器切換到另一個(gè)處理器，首先需要斷開(kāi)所有路徑，然后留有足夠的時(shí)間，以確保USB主設備端口控制器能夠識別出某個(gè)斷開(kāi)，并切換到其它路徑；這樣，可以允許主設備復位，并對新的USB設備進(jìn)行重新設置。這一切都是采用軟件在手機上完成，并需要軟件工程師參與，根據所選硬件的限制條件編寫(xiě)軟件。不過(guò)，目前較先進(jìn)的USB開(kāi)關(guān)允許更多地使用便攜式設備軟件，故前面提到的方式正逐漸被淘汰。這是因為這些USB開(kāi)關(guān)的選擇控制信號發(fā)生任何變化，都會(huì )在一段預定的時(shí)間內自動(dòng)啟動(dòng)斷開(kāi)連接。該時(shí)間由USB 2.0高速規范決定，以便于USB主設備識別斷開(kāi)，然后內部產(chǎn)生新的連接。