單片機開(kāi)發(fā)中模擬開(kāi)關(guān)在特殊應用中的優(yōu)勢

2020-05-25

 隨著(zhù)對功能豐富的手機的需求日益增長(cháng)，單片機開(kāi)發(fā)中具有特殊應用性能的模擬開(kāi)關(guān)繼續受到最終設計的青睞。這不僅會(huì )降低材料成本（BOM），而且有助于提高設計性能并滿(mǎn)足上市時(shí)間要求。本文將指導單片機開(kāi)發(fā)系統設計人員完成幾個(gè)實(shí)際使用案例，以減少爆音，檢測充電器。

   對于單片機開(kāi)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，特別是當最終用戶(hù)啟動(dòng)音樂(lè )和通話(huà)功能之間的切換時(shí)。只要最終用戶(hù)打開(kāi)音樂(lè )功能，這種煩人的聲音就會(huì )給人不愉快的體驗。如圖1所示，當音頻放大器工作時(shí)，通過(guò)交流耦合電容器的開(kāi)/關(guān)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(chǎng)上有多種解決方案可用。其中之一是添加一個(gè)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(huì )增加材料成本，而且會(huì )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(mǎn)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(kāi)關(guān)先加電，而主通道開(kāi)關(guān)現在關(guān)閉。音頻輸出的共模電壓將從0上升到VCC / 2。一段時(shí)間（參考10ms）后，耦合電容器的兩端均充電至等電位，然后打開(kāi)主通道，根本沒(méi)有浪涌電流。因為此時(shí)電容器的兩極之間的電壓差為0V。

      此開(kāi)關(guān)非常適合通過(guò)單個(gè)USB連接器（D + / D針）與耳機和USB數據線(xiàn)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(kāi)關(guān)放置在交流耦合電容器之后，因此必須處理低THD時(shí)較大的反向信號擺幅。該開(kāi)關(guān)的超低關(guān)斷電容器允許通過(guò)設備“有線(xiàn)”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(guān)鍵USB 2.0標準。

 

 隨著(zhù)當前市場(chǎng)趨勢轉移到單個(gè)USB充電器/數據端口?，特殊應用的USB開(kāi)關(guān)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(lèi)交換機應用程序的示例。

       基于兩個(gè)主要原因，在此設計中需要低導通電容開(kāi)關(guān)。首先，由于基帶處理器和高速?當手機進(jìn)入高速模式時(shí)，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(lè )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(xiàn)上的任何附加電容都會(huì )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(xiàn)上的多余走線(xiàn)，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(gè)USB端口用于充電器和數據功能，因此充電器檢測功能在當前設計中已變得非常流行。傳統方法是將D + / D-線(xiàn)饋入內部A / D轉換器，以確定D + / D-線(xiàn)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(huì )在數據線(xiàn)上增加額外的電容電抗。這種新的容抗將導致在高數據速率下有效觸發(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(gè)缺點(diǎn)是它也占用了系統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(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現充電器隔離和全速USB控制器輸出電容器的隔離。同時(shí)，用于確定將哪個(gè)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）。

      傳統的開(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)電源（VCC）時(shí)，會(huì )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(kāi)發(fā)設計人員能夠進(jìn)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(mǎn)足USB數據路徑開(kāi)關(guān)設計的需求。