便攜設(shè)計(jì)中模擬開(kāi)關(guān)的變遷
引言
與電源設(shè)計(jì)應(yīng)用中傳統(tǒng)大功率MOSFET開(kāi)關(guān)和存儲(chǔ)應(yīng)用中多位數(shù)據(jù)總線開(kāi)關(guān)相比,模擬開(kāi)關(guān)大大不同。一般來(lái)講,模擬開(kāi)關(guān)主要用于切換手機(jī)等便攜式設(shè)計(jì)中的小功率模擬信號(hào)。但是,在最近的便攜式設(shè)計(jì)中附加功能的推動(dòng)下,模擬開(kāi)關(guān)從傳統(tǒng)的低帶寬音頻開(kāi)關(guān)發(fā)展成為高速混合信號(hào)開(kāi)關(guān)。由于模擬開(kāi)關(guān)具有低功耗、低漏電流及小封裝等特點(diǎn),在某些設(shè)計(jì)中甚至可以將其用作低功耗 DC 信號(hào)開(kāi)關(guān)。本文會(huì)介紹模擬開(kāi)關(guān)的遷移軌跡,讓讀者了解便攜式基帶設(shè)計(jì)的市場(chǎng)趨勢(shì)。
變遷軌跡
圖1 基帶功能推動(dòng)手機(jī)功能變遷
如圖 1 所示,手機(jī)已從簡(jiǎn)單的單語(yǔ)音功能發(fā)展成為帶有MP3或音樂(lè)鈴聲等大功率立體聲音頻的通訊工具。至于視頻功能,簡(jiǎn)單的低分辨率相機(jī)已經(jīng)過(guò)時(shí),而高于 200 萬(wàn)像素相機(jī)已經(jīng)成為大多數(shù)中高端手機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)功能。由于低功耗數(shù)字式廣播調(diào)諧器適合便攜式應(yīng)用,帶有復(fù)合視頻輸出的手機(jī)將在市場(chǎng)強(qiáng)勢(shì)出現(xiàn),從而滿足外部大型顯示器或者專業(yè)投影儀顯示等專業(yè)應(yīng)用需求。
現(xiàn)代的手機(jī)設(shè)計(jì)都嵌入了 MP3 功能,對(duì)于數(shù)據(jù)路徑而言,傳統(tǒng)以 UART 為基礎(chǔ)的接口已不能滿足最終用戶的下載要求。因此,USB1.1 全速 (12Mbp) 甚至是 USB 2.0 高速接口在帶嵌入式硬盤(pán)或可拆卸大型存儲(chǔ)器的 MP3 手機(jī)設(shè)計(jì)中越來(lái)越普遍。
純音頻開(kāi)關(guān)從高導(dǎo)通電阻遷移到超低導(dǎo)通電阻
響應(yīng)圖 1 中手機(jī)功能的變遷,最初在手機(jī)設(shè)計(jì)中采用模擬開(kāi)關(guān)是由于大多數(shù)基帶處理器只有有限的音頻輸出端口,如圖 2 所示。那些低端處理器只有單語(yǔ)音輸出,通常需要進(jìn)行語(yǔ)音隔離將其分別接到聽(tīng)筒或者耳機(jī)中。相對(duì)于 32 歐姆的耳機(jī)阻抗,這些開(kāi)關(guān)通常具有大約 10 歐姆相對(duì)較高的導(dǎo)通電阻。開(kāi)關(guān)的插入損耗通過(guò)前置放大器級(jí)來(lái)補(bǔ)償。大多數(shù)應(yīng)用中的控制電壓與開(kāi)關(guān)的 3V 供電一致。
圖2 便攜設(shè)計(jì)中模擬開(kāi)關(guān)應(yīng)用功能的變遷
在節(jié)能及更佳的總諧波失真 (THD) 需求帶動(dòng)下,市場(chǎng)出現(xiàn)了 1 歐姆開(kāi)關(guān),在 0 到 VCC 的輸入電壓之間具有平坦的導(dǎo)通電阻。對(duì)于免提電話等功能來(lái)說(shuō),來(lái)自基帶處理器的語(yǔ)音輸出可以路由到耳機(jī)和內(nèi)部的 8 歐姆揚(yáng)聲器上。由于放大器置于開(kāi)關(guān)之后和揚(yáng)聲器之前 (見(jiàn)圖 2),在這些應(yīng)用中 THD 規(guī)范遂成為關(guān)鍵因素,以減小信號(hào)放大失真。
隨著大多數(shù)基帶處理器設(shè)計(jì)需要進(jìn)一步降低功耗,通用 I/O (GPIO) 數(shù)字接口需要提供更低的輸出高壓閾值電平 (VOH)。對(duì)于這種應(yīng)用,該電壓可低至 1.8V。但是由于 MP3 手機(jī)具有大功率立體聲音頻的需求,開(kāi)關(guān)電源電壓可以達(dá)到 4.2V,或者直接由電池供電。因?yàn)榭刂齐妷狠斎敫唠娖?(VIH) 與開(kāi)關(guān)電源電壓之間存在失配,設(shè)計(jì)要求增加額外的電平偏移變換器以減小靜態(tài)漏電流。這樣不僅增加了設(shè)計(jì)難度,還提高了材料成本。在這樣的便攜式應(yīng)用中,非常需要能夠識(shí)別低控制電壓 (1.8V) 的模擬開(kāi)關(guān)。
