模拟开关在手持和便携式设备中应用

模拟开关在手持和便携式设备中应用

飞兆半导体公司 Jeff Ju,Seth Prentice

手持式和便携式电子产品的市场正在不断增长，原因之一在于它们能提供附加的功能性，如新性能及节省空间的特点。模拟开关正是这些电子产品实现新功能和减小印刷线路板面积的关键元件。在移动电话和其它手持式电子产品中，模拟开关一般被用来将音频信号引导至耳机、在共通功能之间选择通用信号，以及在RC网络之间进行多路转换。模拟开关还可免除笔记本电脑中的复制系统PHY和视频芯片。这些应用都要求模拟开关具有独特的电气规格和封装。

手持式电子产品

各种手持式电子产品均会使用开关，而使用多的模拟开关功能是单刀双掷?(SPDT)?模拟开关，整个设备都会用到这项功能。手持式电子产品的小型化意味着对更小型封装的需求。随着产品的体积减小和功能增加，印制电路板面积变得愈益珍贵。这一要求促使模拟开关制造商在过去两年间将封装尺寸缩减了82%以上。模拟开关现更备有芯片级封装如MicroPak等，其面积为1.45mm2。?

许多手持式应用包含音频信号导向。例如，在耳机和移动电话内置音频组件之间进行音频信号导向。这类应用需要低导通电阻、低总谐波失真?(THD)?和少电荷注入。由于移动电话的扬声器为32欧姆，模拟开关会增加电路中的串联电阻，因此要求导通电阻低。所以，将导通电阻降到能帮助设计人员减少扬声器音量所需的驱动功率。为了减小在扬声器之间切换时出现的电气爆破噪声，因此要求电荷注入少。而某些电气爆破噪声是从内部栅极推动电路引入的，这是由于栅极和源/漏极之间存在交迭的寄生电容。选择电荷注入小于10pC的模拟开关将有助于减小电气爆破噪声。

随着移动电话不断发展，新的通信技术要求移动电话成为多制式。例如，以GSM技术为基础的数字系统有三个频段：GSM900、PCS1900?和?DCS1800。每种频段均要求接收器在特定的锁定时间内，锁定在不同的频率上?(900MHz、1900MHz?和?1800MHz)。其中，一个数字式相位/频率检测器将由两个无源模拟RC滤波器共享。VCO输出可于特定时段内锁定在基准频率上，并受低通滤波器带宽的影响。通过插入或移除RC网络中的电阻和电容，会形成不同带宽值的滤波器。因而生成不同的闭环动态特性，如锁定时间、阻尼比及输出时钟噪声。这类应用需要类似FSA3157等具有低导通电阻和快速启动时间的模拟开关，以避免可能出现的信号损失和环路动态干扰。

笔记本电脑

与手持式电子产品相同，笔记本电脑亦使用模拟开关导向和隔离音频信号。笔记本电脑中一个日益普及的仿真开关应用，是在笔记本电脑和坞站连接器之间多路复用10/100以太网、USB和视频信号。

在笔记本电脑和坞站连接器之间进行多路复用可使设计人员省去端口复制器中昂贵的PHY和图形芯片。以往，端口复制器带有次级PHY和/或通过PCI总线与主机连接的图形芯片。使用四重SPDT差分开关，设计人员可以导引10/100?以太网或USB?1.1信号。在这些应用中，低导通电容和电阻对于回波损耗的优化至关重要。像FSAL200的局域网?(LAN)?开关是这些应用的理想选择，因为它具有高带宽(137MHz)、低导通电阻?(5V电源下通常为6欧姆以及低导通电容?(15pf)?的特点。设计人员会将PHY的差分对与开关的电极相连接，以便实现此功能。开关的掷端将与笔记本电脑及坞站的磁性组件相连接。开关的控制端与坞站的选择信号相连会在出坞状态把PHY与坞站的磁性组件隔离；同样地，在入坞状态时，这会把PHY与笔记本电脑的磁性组件隔离。使用类似FSAV330的四通道SPDT视频开关，设计人员可对视频信号进行相同处理。

封装

手持式和便携式电子产品模拟开关应用的一个重要趋势，是封装尺寸减小。在过去两年中，模拟开关制造商已因应这个需求，将封装体积降低了82%?以上。

对于单、双SPDT及单刀单掷?(SPST)?功能的5、6和8引脚封装方式，模拟开关制造商已从SOT23?和?SC70等引脚封装技术升级为芯片级无引脚技术。目前有两种主要的芯片级技术，分别是无封装倒装芯片和类似MicroPak?的LGA?封装。倒装芯片封装使用裸片作为封装，利用焊球作为连接接口。LGA封装是更传统的封装形式，其设计采用基底和与外部各个焊盘粘合的裸片，引脚由封装下的焊盘所取代。与倒装芯片封装的焊球相比，焊盘通常具有更高的线路板级可靠性。LGA焊盘与印刷线路板的焊接区域远大于倒装芯片焊球的焊接区域，使到LGA可承受超过1.1?Kg的剪切力，达到倒装芯片的两倍。

与单和双开关相似，16和20引脚封装的四重SPDT?和?SPST开关也倾向无引脚封装发展。目前的TSSOP和QSOP封装对便携式应用显得太大。为了解决这个问题，模拟开关制造商采用了模塑无引脚封装?(MLP)，能将体积减小达TSSOP的?71%。MLP封装采用与裸片粘合的引线结构，其中一个优于传统封装的主要特点在于热耗散。MLP封装的中央具有一个大型裸片附着焊盘?(DAP)，与印刷线路板直接接触，并在内部与裸片基底连接，从而大幅地降低了热阻。

随着手持和便携式电子产品的功能不断增加、体积持续减小，对设计人员而言，模拟开关封装的小型化意义仍然非常重大。