面向新兴便携式市场的独特信号路径解决方案

      引言

      由于新兴终端市场的要求，如今专用信号路径产品在3G和功能/智能手机应用中找到越来越多的用武之地。这些应用都需要更高吞吐量的视频及USB数据。本文将针对这种需求介绍几种独特的应用解决方案，并给出一些有利于缩短设计周期，加快终端产品上市速度的设计建议。

      应用实例

      通过专用充电器插件检测进行USB充电器OVP符合性测试

      随着市场向集充电器和数据连接功能于一体的单USB连接器方向发展，专用USB器件不论在充电器检测，还是提供出色的信号完整性方面都拥有巨大的潜力。新出台的中国式USB充电器标准要求在VBUS 充电器输入电压达到6V时提供过压保护。该标准要求器件在VBUS 输入欠压的情况下也能够检测UVP阈值。在这些应用中，充电器检测功能也是一项关键特性，能够检测标准充电器D+ 和 D- 线之间的短路情况。基于这种检测，内核芯片可以选择限制充电器电流的大小。现在可以有许多方法实现充电器检测功能，如分立式解决方案，使用基带处理器的内部A/D转换器资源。但这些解决方案在寄生电容方面都有局限性，如果分立式检测IC直接连线在D+/D- 线上 (输入栅极电容通常>3pf)。

      图1所示为针对这种设计挑战而精心设计的解决方案。首先，该产品不仅能够高效检测充电器D+/D- 总线间是否“短路”，而且在数据模式下可以容忍所有可能的偏差，尤其是在长电缆应用中。其次，这种器件在D+/D- 检测端的输入电容很低(通常<1.5 pf)，为数据模式下的 USB2.0 高速信号开关提供了很大的优势。这对于有效计数和眼图开启度符合USB 2.0标准十分重要。这类应用所需的附加特性包括集成开/关充电器路径的功率开关，以及必需的VBUS输入过/欠压保护。对于这种应用，建议所使用的开关尽可能地靠近USB控制器输出，以减小信号反射，获得最佳眼图开启度。而且，设计人员可以通过调节控制器输出端的偏压电阻来获得出色的眼图开启度。

图1  USB 2.0高速应用中带有充电器检测功能的USB过/欠压保护IC

      电视电话的USB连接共享

      如上所示，单USB连接器电话正逐渐成为市场的主流趋势，而普遍应用在于充电器和数据线缆应用当中。市场上用于移动视频广播的电视电话的快速流行势头更是有力佐证。这种电视输出格式一般采用复合视频格式 (CVBS)。由于总视频负载通常为150Ω (包括电视输入端的远端75Ω端接电阻)，许多便携式编码器的最大电流输出能力都很有限，因此需要额外的视频滤波器/驱动器功能，然而输出引脚数目是有限的 (USB 连接器有5个引脚)。在这种情况下，如何共享有限的引脚高效多路传输那些输出信号，同时在不同工作模式下都不影响信号完整性，成为了设计人员的艰巨挑战。这些工作模式包括带麦克风输入的语音通信模式、带音频L/R 通道的MP3输出模式、有源D+/D- 线路通信的USB数据模式 (要求线路之上的寄生电容超低)，以及有或无 (取决于是照片还是视频播放) 音频输出的视频模式。图2所示单个IC就可以解决所有这些设计难题，它可对麦克风路径、音频输出路径和视频输入/输出路径及USB数据总线进行高效路由，彼此之间不产生干扰。其中音频路径 (L 和 R) 必须能够处理耳机高达39mW的负信号。这样建议采用AC耦合视频输出，可以把DC功耗降至最低，节省便携式应用设备的待机功率。

图2  电视电话设计中的USB连接器共享应用

      3G应用的双相机应用

      随着3G技术日渐成熟，电视电话将具有传输速率更快的强大的视频会议功能。这种功能需要一个用于个人照片拍摄的高分辨率相机，以及一个用于视频会议的较低分辨率相机。对于翻盖式或旋转式手机设计，由于基座一侧有两个处理器 (基带处理器和应用处理器)，剩余的物理空间有限，故两个相机模块可能都位于翻盖一侧。这样，如果布局不当，布线可能加倍，从而给设计人员带来巨大的挑战。对于相机模块，若在非工作模式和节电模式下无高阻抗状态，这也是一个十分令人头痛的设计问题。图3所示的解决方案采用新兴的并联-串联技术，是这类应用的绝佳选择。图中，手机的翻盖一侧有两个串行器，基带一侧有一个串行器。在相机模块和基带一侧之间，通过手机铰链的线缆总数减至最多3对差分线缆。串行器把所有并行YUV数据转换为高吞吐量的串行接口信号，解串器把串行数据/时钟信号解码还原为并行格式，再馈入应用处理器相机I/O。串行线路上有一个专用高性能开关，用于不同模式、照片模式或视频会议模式间的高效切换。这种开关的大带宽特性和通道间偏差超低的优势有利于实现最佳切换。该器件可处理高吞吐量差分信号，而且由于传输延时小，不会产生设置/保持时间问题。在这类应用中，还需特别注意串行线路布局长度相同。建议在差分线路上尽量减少通孔数量，以避免差分数据路径的阻抗变化。而对于快速像素时钟和高数据率的高分辨率相机，差分信号阻抗匹配对实现高信号完整性十分重要，尤其是在高数据吞吐量条件下。

图3   双相机应用中独特的µSerDesTM 和大宽带开关

      总结

      本文列举了数种独特的应用场景，阐述市场对能够解决这些设计难题的专用音频/视频USB外设IC的强劲需求。随着市场迅速向更快速上行/下行链路和更高清晰度音频/视频内容方向发展，便携式应用将需要越来越多具有这类特性的IC，尤其是在便携式产品设计周期缩短很多的亚洲国家，需求将更盛。