便攜設計中面向特定應用的高速開(kāi)關(guān)

摘要： 由于當今的手機需要集成GPS、TV、MP3播放和視頻播放等功能，面向特定應用的高速開(kāi)關(guān)使用得越來(lái)越多，用于實(shí)現高速數據總線(xiàn)共享或速度高達480Mbps的USB2.0信號分路。與此同時(shí)，這類(lèi)開(kāi)關(guān)中集成的各種數字和模擬功能對于希望增加其產(chǎn)品價(jià)值的設計人員別具吸引力。本文舉例討論了一些具有TV、GPS或雙相機（甚至帶有USB充電器探測功能） 的手機所采用的高速模擬開(kāi)關(guān)應用。

關(guān)鍵詞： 高速開(kāi)關(guān)；信號分路；CMMB；MP3；雙相機手機

TV手機中的四路高速開(kāi)關(guān)

　　隨著(zhù)CMMB （中國移動(dòng)多媒體廣播） 標準在中國移動(dòng)電視行業(yè)快速推行，TV手機也在市場(chǎng)上開(kāi)始流行。據悉，由于看好CMMB在中國市場(chǎng)的前景，目前進(jìn)入CMMB芯片市場(chǎng)的廠(chǎng)商已超過(guò)六家，一些廠(chǎng)商將CMMB的信道解調與后端的信源解碼集成，令CMMB電視實(shí)施的成本大幅下降，并且，讓沒(méi)有高端處理器的手機也能上CMMB功能。圖1是典型的TV手機設計，其中TV模塊和基帶共享SD存儲卡的讀和寫(xiě)。為了實(shí)現高效切換，需要使用一個(gè)大帶寬開(kāi)關(guān)來(lái)進(jìn)行有效的電容隔離。這樣，數據總線(xiàn)的開(kāi)路漏極就要求隔離上拉電阻，從而提供高效的無(wú)錯誤通信。在設計中，每個(gè)SDIO接口都有一個(gè)專(zhuān)門(mén)的高速時(shí)鐘信號通道，使設計人員能針對不同的主機、基帶處理器或TV模塊靈活地使用不同的時(shí)鐘源。

圖1  TV手機中采用的高速四路開(kāi)關(guān)

　　在30pf寄生電容負載下，數據和時(shí)鐘通道的模擬開(kāi)關(guān)必須至少具有150MHz （-3db） 的帶寬。這樣才能讓高速時(shí)鐘信號有效通過(guò)，且衰減最小。開(kāi)關(guān)數據端口的I/O接地ESD（靜電放電）指標一般要大于8KV，讓客戶(hù)在必要時(shí)可靈活地去掉外接大電容性ESD二極管。圖2所示為GPS手機采用的類(lèi)似SDIO設計，但此處的開(kāi)關(guān) （FSSD06） 用作分路器，以讀寫(xiě)GPS模塊 （SDIO器件） 和SD卡之間的數據。在大多數應用中，由于高壓卡 （2.7 到3.6V） 或雙壓卡 （1.65到 1.95V） 卡類(lèi)型的限制，需要在內核處理器I/O和外設器件間進(jìn)行電平轉換，包括數據總線(xiàn)的雙向電平轉換和時(shí)鐘通道的單向電平轉換功能。

圖2  GPS手機設計中的SD卡I/O擴展開(kāi)關(guān)

MP3手機設計中的高速USB2.0開(kāi)關(guān)

　　作為對最終產(chǎn)品市場(chǎng)需求的響應，MP3播放功能已被廣泛納入于大多數手機中，具有高速USB2.0 （480 Mbps） 的數據上載和下載能力。同時(shí)，在政府的USB充電器標準推動(dòng)下，通過(guò)VBUS的充電器已逐漸獲中國采用。因此，充電器檢測成為設計人員所要求的一個(gè)“必備”功能?？煽康某潆娖鳈z測對不同應用情況下 （如在數據模式和非數據模式下，以及存在諸如地彈 （ground bounce） 和EMI噪聲之類(lèi)的系統干擾時(shí)） D+/D- 引腳間的“短路”連接檢測非常關(guān)鍵。圖3所示為這類(lèi)集成充電器檢測功能的高速USB 2.0開(kāi)關(guān)。MP3 ASIC及其內置的高速USB 2.0功能，可與計算機主機高效通信，實(shí)現MP3音樂(lè )的快速下載或上載。在設計中，需要用一個(gè)高速USB開(kāi)關(guān)來(lái)隔離具有大輸出電容的基帶處理器的全速USB輸出端口。所使用的開(kāi)關(guān)必須靠近USB控制器輸出，以最大限度地減小信號反射。

圖3  MP3手機設計中具有充電器檢測功能的高速USB開(kāi)關(guān)

　　在這類(lèi)應用中，只要VBUS接了充電器或數據傳輸線(xiàn)，開(kāi)關(guān)就需要閉合以便檢測。USB控制器通過(guò)上拉內置的1.5Ω電阻從而將D+設置為高電平并發(fā)起與主機方的對話(huà)。如果D+ 和D- 在接入標準充電器的情況下短路，內部檢測電路將對此作出響應，向基帶GPIO輸入發(fā)出一個(gè)FLAG信號。在這種應用中，開(kāi)關(guān)通道的導通電容必須足夠小，以使USB 2.0信號傳輸符合USB 2.0的要求。數據端口需要具有很高的ESD指標 （I/O對地承壓大于8KV），這樣用戶(hù)就能靈活地去掉防止ESD的外接二極管，這種二極管的寄生電容大，并降低數據脈沖邊沿速率，而這個(gè)速率對眼圖符合性測試中的眼圖開(kāi)啟度 （eye opening） 指標非常關(guān)鍵。

雙相機手機中的低寄生電容高速開(kāi)關(guān)

　　在中國3G基礎設施建設及奧運會(huì )的推動(dòng)下，3G正逐漸在一些主要城市部署，以支持高速多媒體音頻/視頻流的上載和下載。最終客戶(hù)能獲得的直接好處之一是，除用于個(gè)人照片的高分辨率相機外，還可用專(zhuān)門(mén)的相機來(lái)實(shí)現數據速率更快的視頻會(huì )議。這種雙相機模塊在基帶一側必須與不同的像素時(shí)鐘信號和數據流共享相同的數據輸入。對分辨率較高的相機輸出，像素時(shí)鐘信號和數據為高頻率的TTL信號，這種信號如果與分辨率較低的相機模塊共享數據總線(xiàn)，就可能產(chǎn)生信號反射，導致數據位錯誤。而且，當分辨率較低的相機模塊位于滑蓋或轉蓋式手機的蓋上時(shí)，這種錯誤更為嚴重。

　　當處于高分辨相機模式時(shí)，懸掛在基帶處理器輸入處的長(cháng)跡線(xiàn)會(huì )引起反射，這是因為T(mén)TL線(xiàn)路沒(méi)有端接。解決這個(gè)難題的方案是在高分辨率模式下切斷用于低分辨率相機的長(cháng)且電容高的跡線(xiàn)。這就要求低分辨率相機數據通道上有一個(gè)關(guān)斷電容極小的開(kāi)關(guān)，以支持12通道數據，包括圖像數據、時(shí)鐘信號和控制信號。圖4所示為針對這種應用的完美解決方案，其開(kāi)關(guān)的關(guān)斷寄生電容僅為2pf.這種開(kāi)關(guān)必須足夠靠近低分辨率相機數據輸入的基帶輸入，才能有效去掉長(cháng)跡線(xiàn)的寄生電容。此外，高分辨率相機模塊到基帶處理器間的跡線(xiàn)必須盡可能短，以便最大限度地減小高速像素時(shí)鐘信號和圖像數據的失真。當然，對于便攜應用，最好采用低功耗開(kāi)關(guān)器件。與有源產(chǎn)品相比，這類(lèi)開(kāi)關(guān)產(chǎn)品一個(gè)具有吸引力的關(guān)鍵指標是功耗低至1mA.

圖4  雙相機手機設計中的低關(guān)斷電容開(kāi)關(guān)

結語(yǔ)

　　隨著(zhù)便攜多媒體應用的音/視頻市場(chǎng)快速發(fā)展，面向特定應用的高速信號開(kāi)關(guān)產(chǎn)品將繼續在最終產(chǎn)品設計中提供重要的優(yōu)勢，提高信號的完整性，實(shí)現無(wú)錯誤的數據傳輸。與此同時(shí)，面向特定應用的一些集成功能，如電平轉換、充電器檢測或其它低ICCT特點(diǎn)，將有助于設計人員進(jìn)一步降低材料清單（BOM）成本，而這是最受低成本、多功能手機之類(lèi)的主流市場(chǎng)所歡迎的。