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技術(shù)專題
單片機(jī)開(kāi)發(fā)中模擬開(kāi)關(guān)在特殊應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)
隨著對(duì)功能豐富的手機(jī)的需求日益增長(zhǎng)，單片機(jī)開(kāi)發(fā)中具有特殊應(yīng)用性能的模擬開(kāi)關(guān)繼續(xù)受到最終設(shè)計(jì)的青睞。這不僅會(huì)降低材料成本（BOM），而且有助于提高設(shè)計(jì)性能并滿足上市時(shí)間要求。本文將指導(dǎo)單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員完成幾個(gè)實(shí)際使用案例，以減少爆音，檢測(cè)充電器。
對(duì)于單片機(jī)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)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(dāng)最終用戶啟動(dòng)音樂(lè)和通話功能之間的切換時(shí)。只要最終用戶打開(kāi)音樂(lè)功能，這種煩人的聲音就會(huì)給人不愉快的體驗(yàn)。如圖1所示，當(dāng)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(dāng)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(jī)之前的交流耦合電容器的尺寸。因?yàn)榇蠖鄶?shù)耳機(jī)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(dú)立的充電路徑添加到音頻信號(hào)路徑，以允許AC耦合電容器在切換到耳機(jī)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(kāi)關(guān)先加電，而主通道開(kāi)關(guān)現(xiàn)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?yàn)榇藭r(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(jī)和USB數(shù)據(jù)線共享的手機(jī)和MP3 / MP4播放器。低的總諧波失真（THD）對(duì)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(hào)擺幅。該開(kāi)關(guān)的超低關(guān)斷電容器允許通過(guò)設(shè)備“有線”連接高速USB信號(hào)。較低的寄生電容也是Hi-Speed一致性測(cè)試的關(guān)鍵USB 2.0標(biāo)準(zhǔn)。
隨著當(dāng)前市場(chǎng)趨勢(shì)轉(zhuǎn)移到單個(gè)USB充電器/數(shù)據(jù)端口?，特殊應(yīng)用的USB開(kāi)關(guān)已成為具有充電器檢測(cè)功能的手機(jī)設(shè)計(jì)中的常用配置。圖2是此類交換機(jī)應(yīng)用程序的示例。
基于兩個(gè)主要原因，在此設(shè)計(jì)中需要低導(dǎo)通電容開(kāi)關(guān)。首先，由于基帶處理器和高速?當(dāng)手機(jī)進(jìn)入高速模式時(shí)，USB?控制器輸出在連接器側(cè)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-線上的任何附加電容都會(huì)損壞Hi-Speed的眼圖USB信號(hào)。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(hào)快速上升/下降沿引起的信號(hào)反射。
由于單個(gè)USB端口用于充電器和數(shù)據(jù)功能，因此充電器檢測(cè)功能在當(dāng)前設(shè)計(jì)中已變得非常流行。傳統(tǒng)方法是將D + / D-線饋入內(nèi)部A / D轉(zhuǎn)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(huì)在數(shù)據(jù)線上增加額外的電容電抗。這種新的容抗將導(dǎo)致在高數(shù)據(jù)速率下有效觸發(fā)信號(hào)。不良影響，屬于USB 2.0一致性測(cè)試（例如，對(duì)于USB 2.0信號(hào)為480 Mbps）。當(dāng)然，該方法的另一個(gè)缺點(diǎn)是它也占用了系統(tǒng)A / D轉(zhuǎn)換器的資源。
在這些應(yīng)用中，需要具有超低內(nèi)部電容檢測(cè)電路的USB開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)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(shí)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(kāi)關(guān)選擇引腳接受高達(dá)2.0 V的輸入“高”（Vih）電平（TTL邏輯），當(dāng)直接從電池中獲取開(kāi)關(guān)電源（VCC）時(shí)，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的泄漏電流。能夠識(shí)別1.8 V輸入邏輯電平的能力也消除了對(duì)外部電平轉(zhuǎn)換設(shè)備的需求，從而使單片機(jī)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)人員能夠進(jìn)一步降低材料成本。例如，飛兆半導(dǎo)體的FSUSB45和其他IC具有超低導(dǎo)通電容（7pF）和小尺寸（1.4×1.8 mm），以及充電器檢測(cè)和1.8 V控制邏輯識(shí)別，可以很好地滿足USB數(shù)據(jù)路徑開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)的需求。