单片机开发中模拟开关在特殊应用(yòng)中的优势

2020-05-25

 随着对功能(néng)丰富的手机的需求日益增長(cháng)，单片机开发中具有(yǒu)特殊应用(yòng)性能(néng)的模拟开关继续受到最终设计的青睐。这不仅会降低材料成本（BOM），而且有(yǒu)助于提高设计性能(néng)并满足上市时间要求。本文(wén)将指导单片机开发系统设计人员完成几个实际使用(yòng)案例，以减少爆音，检测充電(diàn)器。

   对于单片机开发设计人员而言，由涌入電(diàn)流引起的冲击噪声仍然是艰巨的挑战，特别是当最终用(yòng)户启动音乐和通话功能(néng)之间的切换时。只要最终用(yòng)户打开音乐功能(néng)，这种烦人的声音就会给人不愉快的體(tǐ)验。如图1所示，当音频放大器工作时，通过交流耦合電(diàn)容器的开/关浪涌電(diàn)流是 冲击噪声的根源，音频共模電(diàn)压将急剧上升。

      当今市场上有(yǒu)多(duō)种解决方案可(kě)用(yòng)。其中之一是添加一个额外的放大器，以使音频输出具有(yǒu)“ 0V”偏移 ，从而很(hěn)大程度地减小(xiǎo)了紧接耳机之前的交流耦合電(diàn)容器的尺寸。因為(wèi)大多(duō)数耳机放大器都集成在基带处理(lǐ)器或電(diàn)源管理(lǐ)单元（PMU）中，所以添加此放大器不仅会增加材料成本，而且会增加功耗。

      图1显示了另一种方法，该方法将独立的充電(diàn)路径添加到音频信号路径，以允许AC耦合電(diàn)容器在切换到耳机或主路径之前被充满電(diàn)。这可(kě)以由基带处理(lǐ)器的通用(yòng)I / O控制，允许音频放大器和开关先加電(diàn)，而主通道开关现在关闭。音频输出的共模電(diàn)压将从0上升到VCC / 2。一段时间（参考10ms）后，耦合電(diàn)容器的两端均充電(diàn)至等電(diàn)位，然后打开主通道，根本没有(yǒu)浪涌電(diàn)流。因為(wèi)此时電(diàn)容器的两极之间的電(diàn)压差為(wèi)0V。

      此开关非常适合通过单个USB连接器（D + / D针）与耳机和USB数据線(xiàn)共享的手机和MP3 / MP4播放器。低的总谐波失真（THD）对于音频通道非常重要。另外，由于开关放置在交流耦合電(diàn)容器之后，因此必须处理(lǐ)低THD时较大的反向信号摆幅。该开关的超低关断電(diàn)容器允许通过设备“有(yǒu)線(xiàn)”连接高速USB信号。较低的寄生電(diàn)容也是Hi-Speed一致性测试的关键USB 2.0标准。

 

 随着当前市场趋势转移到单个USB充電(diàn)器/数据端口 ，特殊应用(yòng)的USB开关已成為(wèi)具有(yǒu)充電(diàn)器检测功能(néng)的手机设计中的常用(yòng)配置。图2是此类交换机应用(yòng)程序的示例。

       基于两个主要原因，在此设计中需要低导通電(diàn)容开关。首先，由于基带处理(lǐ)器和高速 当手机进入高速模式时，USB 控制器输出在连接器侧共享相同的D + / D-引脚USB 2.0模式（例如音乐下载或闪存功能(néng)），必须降低基带USB1.1 /。2.0全速控制器的输出電(diàn)容。D + / D-線(xiàn)上的任何附加電(diàn)容都会损坏Hi-Speed的眼图USB信号。其次，在高速USB模式下，必须切断D + / D-線(xiàn)上的多(duō)余走線(xiàn)，以有(yǒu)效避免480Mbps USB信号快速上升/下降沿引起的信号反射。

       由于单个USB端口用(yòng)于充電(diàn)器和数据功能(néng)，因此充電(diàn)器检测功能(néng)在当前设计中已变得非常流行。传统方法是将D + / D-線(xiàn)馈入内部A / D转换器，以确定D + / D-線(xiàn)是否短路。如前所述，该方案的主要局限性在于基带处理(lǐ)器的GPIO端口的高输入電(diàn)容会在数据線(xiàn)上增加额外的電(diàn)容電(diàn)抗。这种新(xīn)的容抗将导致在高数据速率下有(yǒu)效触发信号。不良影响，属于USB 2.0一致性测试（例如，对于USB 2.0信号為(wèi)480 Mbps）。当然，该方法的另一个缺点是它也占用(yòng)了系统A / D转换器的资源。

       在这些应用(yòng)中，需要具有(yǒu)超低内部電(diàn)容检测電(diàn)路的USB开关来实现充電(diàn)器隔离和全速USB控制器输出電(diàn)容器的隔离。同时，用(yòng)于确定将哪个USB通道用(yòng)作输出的USB通道选择引脚（图2中的S引脚）必须识别1.8 V和3 V逻辑输入（注意：基带中的1.8 V和3 V处理(lǐ)器的GPIO输出非常普遍）。

      传统的开关选择引脚接受高达2.0 V的输入“高”（Vih）電(diàn)平（TTL逻辑），当直接从電(diàn)池中获取开关電(diàn)源（VCC）时，会导致严重的泄漏電(diàn)流。能(néng)够识别1.8 V输入逻辑電(diàn)平的能(néng)力也消除了对外部電(diàn)平转换设备的需求，从而使单片机开发设计人员能(néng)够进一步降低材料成本。例如，飞兆半导體(tǐ)的FSUSB45和其他(tā)IC具有(yǒu)超低导通電(diàn)容（7pF）和小(xiǎo)尺寸（1.4×1.8 mm），以及充電(diàn)器检测和1.8 V控制逻辑识别，可(kě)以很(hěn)好地满足USB数据路径开关设计的需求。