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技術專題
單片機開發中模擬開關在特殊應用中的優勢
隨著對功能豐富的手機的需求日益增長，單片機開發中具有特殊應用性能的模擬開關繼續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系統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數據線共享的手機和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/數據端口?，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據線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數據路徑開關設計的需求。