摘要： 由于當(dāng)今的手機(jī)需要集成GPS、TV、MP3播放和視頻播放等功能，面向特定應(yīng)用的高速開關(guān)使用得越來越多，用于實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)總線共享或速度高達(dá)480Mbps的USB2.0信號(hào)分路。與此同時(shí)，這類開關(guān)中集成的各種數(shù)字和模擬功能對(duì)于希望增加其產(chǎn)品價(jià)值的設(shè)計(jì)人員別具吸引力。本文舉例討論了一些具有TV、GPS或雙相機(jī)（甚至帶有USB充電器探測(cè)功能） 的手機(jī)所采用的高速模擬開關(guān)應(yīng)用。

關(guān)鍵詞： 高速開關(guān)；信號(hào)分路；CMMB；MP3；雙相機(jī)手機(jī)

TV手機(jī)中的四路高速開關(guān)

　　隨著CMMB （中國(guó)移動(dòng)多媒體廣播） 標(biāo)準(zhǔn)在中國(guó)移動(dòng)電視行業(yè)快速推行，TV手機(jī)也在市場(chǎng)上開始流行。據(jù)悉，由于看好CMMB在中國(guó)市場(chǎng)的前景，目前進(jìn)入CMMB芯片市場(chǎng)的廠商已超過六家，一些廠商將CMMB的信道解調(diào)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，讓沒有高端處理器的手機(jī)也能上CMMB功能。圖1是典型的TV手機(jī)設(shè)計(jì)，其中TV模塊和基帶共享SD存儲(chǔ)卡的讀和寫。為了實(shí)現(xiàn)高效切換，需要使用一個(gè)大帶寬開關(guān)來進(jìn)行有效的電容隔離。這樣，數(shù)據(jù)總線的開路漏極就要求隔離上拉電阻，從而提供高效的無錯(cuò)誤通信。在設(shè)計(jì)中，每個(gè)SDIO接口都有一個(gè)專門的高速時(shí)鐘信號(hào)通道，使設(shè)計(jì)人員能針對(duì)不同的主機(jī)、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(jī)中采用的高速四路開關(guān)

　　在30pf寄生電容負(fù)載下，數(shù)據(jù)和時(shí)鐘通道的模擬開關(guān)必須至少具有150MHz （-3db） 的帶寬。這樣才能讓高速時(shí)鐘信號(hào)有效通過，且衰減最小。開關(guān)數(shù)據(jù)端口的I/O接地ESD（靜電放電）指標(biāo)一般要大于8KV，讓客戶在必要時(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(jī)采用的類似SDIO設(shè)計(jì)，但此處的開關(guān) （FSSD06） 用作分路器，以讀寫GPS模塊 （SDIO器件） 和SD卡之間的數(shù)據(jù)。在大多數(shù)應(yīng)用中，由于高壓卡 （2.7 到3.6V） 或雙壓卡 （1.65到 1.95V） 卡類型的限制，需要在內(nèi)核處理器I/O和外設(shè)器件間進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，包括數(shù)據(jù)總線的雙向電平轉(zhuǎn)換和時(shí)鐘通道的單向電平轉(zhuǎn)換功能。

圖2  GPS手機(jī)設(shè)計(jì)中的SD卡I/O擴(kuò)展開關(guān)

MP3手機(jī)設(shè)計(jì)中的高速USB2.0開關(guān)

　　作為對(duì)最終產(chǎn)品市場(chǎng)需求的響應(yīng)，MP3播放功能已被廣泛納入于大多數(shù)手機(jī)中，具有高速USB2.0 （480 Mbps） 的數(shù)據(jù)上載和下載能力。同時(shí)，在政府的USB充電器標(biāo)準(zhǔn)推動(dòng)下，通過VBUS的充電器已逐漸獲中國(guó)采用。因此，充電器檢測(cè)成為設(shè)計(jì)人員所要求的一個(gè)“必備”功能?？煽康某潆娖鳈z測(cè)對(duì)不同應(yīng)用情況下 （如在數(shù)據(jù)模式和非數(shù)據(jù)模式下，以及存在諸如地彈 （ground bounce） 和EMI噪聲之類的系統(tǒng)干擾時(shí)） D+/D- 引腳間的“短路”連接檢測(cè)非常關(guān)鍵。圖3所示為這類集成充電器檢測(cè)功能的高速USB 2.0開關(guān)。MP3 ASIC及其內(nèi)置的高速USB 2.0功能，可與計(jì)算機(jī)主機(jī)高效通信，實(shí)現(xiàn)MP3音樂的快速下載或上載。在設(shè)計(jì)中，需要用一個(gè)高速USB開關(guān)來隔離具有大輸出電容的基帶處理器的全速USB輸出端口。所使用的開關(guān)必須靠近USB控制器輸出，以最大限度地減小信號(hào)反射。

圖3  MP3手機(jī)設(shè)計(jì)中具有充電器檢測(cè)功能的高速USB開關(guān)

　　在這類應(yīng)用中，只要VBUS接了充電器或數(shù)據(jù)傳輸線，開關(guān)就需要閉合以便檢測(cè)。USB控制器通過上拉內(nèi)置的1.5Ω電阻從而將D+設(shè)置為高電平并發(fā)起與主機(jī)方的對(duì)話。如果D+ 和D- 在接入標(biāo)準(zhǔn)充電器的情況下短路，內(nèi)部檢測(cè)電路將對(duì)此作出響應(yīng)，向基帶GPIO輸入發(fā)出一個(gè)FLAG信號(hào)。在這種應(yīng)用中，開關(guān)通道的導(dǎo)通電容必須足夠小，以使USB 2.0信號(hào)傳輸符合USB 2.0的要求。數(shù)據(jù)端口需要具有很高的ESD指標(biāo) （I/O對(duì)地承壓大于8KV），這樣用戶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(shù)據(jù)脈沖邊沿速率，而這個(gè)速率對(duì)眼圖符合性測(cè)試中的眼圖開啟度 （eye opening） 指標(biāo)非常關(guān)鍵。

雙相機(jī)手機(jī)中的低寄生電容高速開關(guān)

　　在中國(guó)3G基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及奧運(yùn)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(jī)外，還可用專門的相機(jī)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)速率更快的視頻會(huì)議。這種雙相機(jī)模塊在基帶一側(cè)必須與不同的像素時(shí)鐘信號(hào)和數(shù)據(jù)流共享相同的數(shù)據(jù)輸入。對(duì)分辨率較高的相機(jī)輸出，像素時(shí)鐘信號(hào)和數(shù)據(jù)為高頻率的TTL信號(hào)，這種信號(hào)如果與分辨率較低的相機(jī)模塊共享數(shù)據(jù)總線，就可能產(chǎn)生信號(hào)反射，導(dǎo)致數(shù)據(jù)位錯(cuò)誤。而且，當(dāng)分辨率較低的相機(jī)模塊位于滑蓋或轉(zhuǎn)蓋式手機(jī)的蓋上時(shí)，這種錯(cuò)誤更為嚴(yán)重。

　　當(dāng)處于高分辨相機(jī)模式時(shí)，懸掛在基帶處理器輸入處的長(zhǎng)跡線會(huì)引起反射，這是因?yàn)門TL線路沒有端接。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(jī)的長(zhǎng)且電容高的跡線。這就要求低分辨率相機(jī)數(shù)據(jù)通道上有一個(gè)關(guān)斷電容極小的開關(guān)，以支持12通道數(shù)據(jù)，包括圖像數(shù)據(jù)、時(shí)鐘信號(hào)和控制信號(hào)。圖4所示為針對(duì)這種應(yīng)用的完美解決方案，其開關(guān)的關(guān)斷寄生電容僅為2pf.這種開關(guān)必須足夠靠近低分辨率相機(jī)數(shù)據(jù)輸入的基帶輸入，才能有效去掉長(zhǎng)跡線的寄生電容。此外，高分辨率相機(jī)模塊到基帶處理器間的跡線必須盡可能短，以便最大限度地減小高速像素時(shí)鐘信號(hào)和圖像數(shù)據(jù)的失真。當(dāng)然，對(duì)于便攜應(yīng)用，最好采用低功耗開關(guān)器件。與有源產(chǎn)品相比，這類開關(guān)產(chǎn)品一個(gè)具有吸引力的關(guān)鍵指標(biāo)是功耗低至1mA.

圖4  雙相機(jī)手機(jī)設(shè)計(jì)中的低關(guān)斷電容開關(guān)

結(jié)語

　　隨著便攜多媒體應(yīng)用的音/視頻市場(chǎng)快速發(fā)展，面向特定應(yīng)用的高速信號(hào)開關(guān)產(chǎn)品將繼續(xù)在最終產(chǎn)品設(shè)計(jì)中提供重要的優(yōu)勢(shì)，提高信號(hào)的完整性，實(shí)現(xiàn)無錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)傳輸。與此同時(shí)，面向特定應(yīng)用的一些集成功能，如電平轉(zhuǎn)換、充電器檢測(cè)或其它低ICCT特點(diǎn)，將有助于設(shè)計(jì)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(jī)之類的主流市場(chǎng)所歡迎的。