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技術專題
單片機開發(fā)中模擬開關在特殊應用中的優(yōu)勢
隨著對功能豐富的手機的需求日益增長，單片機開發(fā)中具有特殊應用性能的模擬開關繼續(xù)受到最終設計的青睞。這不僅會降低材料成本（BOM），而且有助于提高設計性能并滿足上市時間要求。本文將指導單片機開發(fā)系統(tǒng)設計人員完成幾個實際使用案例，以減少爆音，檢測充電器。
對于單片機開發(fā)設計人員而言，由涌入電流引起的沖擊噪聲仍然是艱巨的挑戰(zhàn)，特別是當最終用戶啟動音樂和通話功能之間的切換時。只要最終用戶打開音樂功能，這種煩人的聲音就會給人不愉快的體驗。如圖1所示，當音頻放大器工作時，通過交流耦合電容器的開/關浪涌電流是?沖擊噪聲的根源，音頻共模電壓將急劇上升。
當今市場上有多種解決方案可用。其中之一是添加一個額外的放大器，以使音頻輸出具有“ 0V”偏移?，從而很大程度地減小了緊接耳機之前的交流耦合電容器的尺寸。因為大多數(shù)耳機放大器都集成在基帶處理器或電源管理單元（PMU）中，所以添加此放大器不僅會增加材料成本，而且會增加功耗。
圖1顯示了另一種方法，該方法將獨立的充電路徑添加到音頻信號路徑，以允許AC耦合電容器在切換到耳機或主路徑之前被充滿電。這可以由基帶處理器的通用I / O控制，允許音頻放大器和開關先加電，而主通道開關現(xiàn)在關閉。音頻輸出的共模電壓將從0上升到VCC / 2。一段時間（參考10ms）后，耦合電容器的兩端均充電至等電位，然后打開主通道，根本沒有浪涌電流。因為此時電容器的兩極之間的電壓差為0V。
此開關非常適合通過單個USB連接器（D + / D針）與耳機和USB數(shù)據(jù)線共享的手機和MP3 / MP4播放器。低的總諧波失真（THD）對于音頻通道非常重要。另外，由于開關放置在交流耦合電容器之后，因此必須處理低THD時較大的反向信號擺幅。該開關的超低關斷電容器允許通過設備“有線”連接高速USB信號。較低的寄生電容也是Hi-Speed一致性測試的關鍵USB 2.0標準。
隨著當前市場趨勢轉移到單個USB充電器/數(shù)據(jù)端口?，特殊應用的USB開關已成為具有充電器檢測功能的手機設計中的常用配置。圖2是此類交換機應用程序的示例。
基于兩個主要原因，在此設計中需要低導通電容開關。首先，由于基帶處理器和高速?當手機進入高速模式時，USB?控制器輸出在連接器側共享相同的D + / D-引腳USB 2.0模式（例如音樂下載或閃存功能），必須降低基帶USB1.1 /。2.0全速控制器的輸出電容。D + / D-線上的任何附加電容都會損壞Hi-Speed的眼圖USB信號。其次，在高速USB模式下，必須切斷D + / D-線上的多余走線，以有效避免480Mbps USB信號快速上升/下降沿引起的信號反射。
由于單個USB端口用于充電器和數(shù)據(jù)功能，因此充電器檢測功能在當前設計中已變得非常流行。傳統(tǒng)方法是將D + / D-線饋入內部A / D轉換器，以確定D + / D-線是否短路。如前所述，該方案的主要局限性在于基帶處理器的GPIO端口的高輸入電容會在數(shù)據(jù)線上增加額外的電容電抗。這種新的容抗將導致在高數(shù)據(jù)速率下有效觸發(fā)信號。不良影響，屬于USB 2.0一致性測試（例如，對于USB 2.0信號為480 Mbps）。當然，該方法的另一個缺點是它也占用了系統(tǒng)A / D轉換器的資源。
在這些應用中，需要具有超低內部電容檢測電路的USB開關來實現(xiàn)充電器隔離和全速USB控制器輸出電容器的隔離。同時，用于確定將哪個USB通道用作輸出的USB通道選擇引腳（圖2中的S引腳）必須識別1.8 V和3 V邏輯輸入（注意：基帶中的1.8 V和3 V處理器的GPIO輸出非常普遍）。
傳統(tǒng)的開關選擇引腳接受高達2.0 V的輸入“高”（Vih）電平（TTL邏輯），當直接從電池中獲取開關電源（VCC）時，會導致嚴重的泄漏電流。能夠識別1.8 V輸入邏輯電平的能力也消除了對外部電平轉換設備的需求，從而使單片機開發(fā)設計人員能夠進一步降低材料成本。例如，飛兆半導體的FSUSB45和其他IC具有超低導通電容（7pF）和小尺寸（1.4×1.8 mm），以及充電器檢測和1.8 V控制邏輯識別，可以很好地滿足USB數(shù)據(jù)路徑開關設計的需求。