知识大全：便携设计中模拟开关的变迁

    引言 

　　与电源设计应用中传统大功率MOSFET开关和存储应用中多位数据总线开关相比，模拟开关大大不同。一般来讲，模拟开关主要用于切换手机等便携式设计中的小功率模拟信号。但是，在近的便携式设计中附加功能的推动下，模拟开关从传统的低带宽音频开关发展成为高速混合信号开关。由于模拟开关具有低功耗、低漏电流及小封装等特点，在某些设计中甚至可以将其用作低功耗DC信号开关。本文将介绍模拟开关的迁移轨迹，让读者了解便携式基带设计的市场趋势。

　　变迁轨迹  

　　如图1所示，手机已从简单的单语音功能发展成为带有MP3或音乐铃声等大功率立体声音频的通讯工具。至于视频功能，简单的低分辨率相机已经过时，而高于200万像素相机已经成为大多数中高端手机的标准功能。由于低功耗数字式广播调谐器适合便携式应用，带有复合视频输出的手机将在市场强势出现，从而满足外部大型显示器或者投影仪显示等应用需求。 

　　图1基带功能推动手机功能变迁（略） 

　　现代的手机设计都嵌入了MP3功能，对于数据路径而言，传统以UART为基础的接口已不能满足终用户的要求。因此，USB1.1全速(12Mbp)甚至是USB2.0高速接口在带嵌入式硬盘或可拆卸大型存储器的MP3手机设计中越来越普遍。 

　　纯音频开关从高导通电阻迁移到超低导通电阻 

　　响应图1中手机功能的变迁，初在手机设计中采用模拟开关是由于大多数基带处理器只有有限的音频输出端口，如图2所示。那些低端处理器只有单语音输出，通常需要进行语音隔离将其分别接到听筒或者耳机中。相对于32Ω的耳机阻抗，这些开关通常具有大约10Ω相对较高的导通电阻。开关的插入损耗通过前置放大器级来补偿。大多数应用中的控制电压与开关的3V供电一致。 

　　图2便携设计中模拟开关应用功能的迁移（略） 

　　在节能及更佳的总谐波失真(THD)需求带动下，市场出现了1Ω开关，在0到VCC的输入电压之间具有平坦的导通电阻。对于免提电话等功能来说，来自基带处理器的语音输出可以路由到耳机和内部的8Ω扬声器上。由于放大器置于开关之后和扬声器之前(见图2)，在这些应用中THD规范遂成为关键因素，以减小信号放大失真。 

　　随着大多数基带处理器设计需要进一步降低功耗，通用I/O(GPIO)数字接口需要提供更低的输出高压阈值电平(VOH)。对于这种应用，该电压可低至1.8V。但是由于MP3手机具有大功率立体声音频的需求，开关电源电压可以达到4.2V，或者直接由电池供电。因为控制电压输入高电平(VIH)与开关电源电压之间存在失配，设计要求增加额外的电平偏移变换器以减小静态漏电流。这样不仅增加了设计难度，还提高了材料成本。在这样的便携式应用中，非常需要能够识别低控制电压(1.8V)的模拟开关。 

　　由于正电源下，模拟开关建议用于传输正电平信号，因此需要在开关之后设置AC耦合电容器为耳机或接收器阻隔DC成分。同时，考虑到扬声器的阻抗大约为8Ω，而在4.3V电源下这类应用中的音频开关一般拥有低至0.35Ω的导通电阻，能够进一步降低高导通电阻开关的插入损耗所带来的功耗。