引言

隨著在pc主機與便攜式設備（如手機、數(shù)碼相機等）之間快速上傳和下載需求的不斷增加，通用串行總線(usb)接口已成為終端設備之間數(shù)據傳輸?shù)闹饕涌?。尤其是對于可拍照手機與打印機之間無須pc介入的直接接口，usb otg更起著重要作用。在講求美觀設計的驅動下，采用小巧的連接方式（如微型 ab usb連接器）取代了過去笨拙的耳機連接器?；谶@種應用，在手機、數(shù)碼相機等高端產品的設計中，廣泛采用高寬帶模擬開關，用作usb線和外部耳機間的引腳共享。

應用研究

為了滿足usb外設間的直接接口要求，高端手機設計如基于cdma2000的高端手機平臺都采用了usb otg。新的協(xié)議nhp使手機既可作為主機，又可作為外設，實現(xiàn)手機與打印機間的直接相連，數(shù)據吞吐量可達12 mbps，比串行i/o口（如uart）的速率更高。為了維護和線纜連接方便，典型的設計中仍然保持uart輸出，通過使用高寬帶模擬開關在usb和uart功能之間進行切換。同樣，源于外形美觀設計的要求，模擬開關也可以用來實現(xiàn)usb i/o口和音頻耳機輸出之間的引腳共享。通過這種共享，笨拙的耳機連接器可以被小型的串行數(shù)據i/o口代替，以實現(xiàn)更小的設計，如圖1所示。

usb模擬開關的選擇

除了以上應用外，現(xiàn)進一步探討開關規(guī)范和整體系統(tǒng)信號完整性之間的關系。大多數(shù)便攜式設計現(xiàn)在仍采用12 mbps數(shù)據吞吐量的全速i/o。數(shù)據信號的上升和下降時間由4 ns至20 ns不等。當此低邊緣的信號(20 ns上升/下降時間)經過開關時，可看到信號從低到高幾乎全軌的慢慢轉變。當信號通過開關后，信道導通電阻(ron)將被電壓瞬態(tài)輸入所調制，并且可能由于導通電阻的變化而引起相位延遲差異。這一差異隨后會導致相位抖動，因此需要帶有低導通平滑阻抗（rflat(on)）的模擬開關。但是，過于強調平滑性會誤導設計者。事實上，較低的導通阻抗和阻抗平滑性會導致更高的導通電容，從而降低開關帶寬。低帶寬的模擬開關對于全軌變動的快速上升/下降時間信號可能會帶來更多的確定性抖動。因此必須考慮偏移和帶寬之間的折衷。fsusb11開關具有350 mhz帶寬，并提供良好的偏移性能(典型值為150 ps)。

圖4顯示了工作于12 mbps全速模式下usb開關的ac波形，其附加抖動只有1.25 ns(峰值至峰值)。usb開關對單位間隔抖動的影響低于2％，而且不會影響驅動器邊的抖動預算。超低ron平滑 (0.2 )和差分信道阻抗有助于減少傳輸延遲差異，并最終將確定性抖動減至最小。傳輸延遲很小，這對d+和d 線的偏移影響可以忽略不計。得益于這一超低ron平滑，上升和下降時間的不對稱性僅限于usb規(guī)范的10％之內。fsusb11便非常適合這類應用，如圖4所示。

在對usb信號進行布線時，設計者可使用一些布線技巧來加快pcb設計進程。首先，差分信號的跡線長度差異必須減至最小，以優(yōu)化信道間的偏移，從而降低確定性抖動。

此外，開關必須放置在靠近usb驅動器輸出的地方，作為驅動輸出的集總負載。這一安排有助于減少反射或逆程損耗，并且提高emi性能。usb驅動器和連接器之間的跡線長度應減至最少，以獲得最好的信號完整性，否則跡線感應可能會與模擬開關的導通電容一起降低數(shù)據路徑的帶寬，使信號邊緣惡化，引起更大的附加抖動。為了減少靜態(tài)功耗，建議采用選擇性控制信號在0至vcc間切換。除了在四層設計中電源和接地之間的自然去耦電容外，額外的去耦電容(1 f和0.1 f)也需要放置在靠近usb開關vcc引腳的地方，以期獲得更好的導通阻抗平滑和較低的附加抖動。

結語

隨著便攜式設計對usb功能需求的增加，具有高esd和截止隔離性能的寬帶模擬開關正廣泛地用于pda、手機和數(shù)碼相機等應用中，在提供可靠性能的同時，也正實現(xiàn)著更具吸引力的輕巧設計。通過小型連接器降低外部引腳連接的發(fā)展趨勢，將進一步驅動模擬開關在這類設計中的使用。與pcb可靠連接的微型封裝如micropak等，更為pcb空間受限的便攜式應用帶來更多的優(yōu)勢。