利用特殊应用模拟开关改进便携式设计-电子工程世界

分享到: 微博; QQ; 微信; LinkedIn

       随着市场对功能丰富的手机需求越来越强劲，具有特殊应用性能的模拟开关得到了最终设计的持续青睐。此举不仅能降低材料成本(BOM)，还有助于提升设计性能并满足对产品上市时间的要求。本文将通过若干实际用例指导系统设计人员如何降低冲击噪声(pop noise)、检测充电器及改进眼图张度。

       同时，本文还通过比较传统方案与集成方案说明了手机市场向多媒体设计发展过程中采用这种高性能模拟产品所带来的好处。

降低冲击噪声

       由浪涌电流引发的冲击噪声仍是设计人员所面临的艰巨挑战，特别是当最终用户启动音乐和通话功能之间的切换时。只要最终用户开启了音乐功能，这种恼人的噪音就会给人带来不愉快的体验。如图1所示，在音频放大器工作时，通过交流耦合电容器的电源开/关浪涌电流是产生冲击噪声的元凶，此时的音频共模电压会急剧升高。

       目前市场上已有多种解决方案。其中之一是增加额外的放大器使音频输出具有“0V”偏置，从而最小化紧邻耳机之前的交流耦合电容器的大小。因为大多数耳机放大器被整合进了基带处理器或电源管理单元(PMU)，因此增加这种放大器不仅增加了材料成本，还加大了功耗。

       图1显示了另一种方法，这种方法在音频信号通路中增加了一个独立充电通路，从而允许交流耦合电容器在被切换至耳机或主通路前被完全充电。这可借助基带处理器的通用I/O进行控制，让音频放大器和开关先上电，主信道开关此时处于关闭状态。音频输出的共模电压将开始从0升至VCC/2。一段时间后(以10ms为参考)，耦合电容器两端被充电至等电位，这时再开启主信道就完全不会有浪涌电流了，因为此时电容器两极之间的压差为0V。

图1：具有低THD和负摆幅功能的音频开关可以消除音频冲击噪声。

这种开关很适合单个USB连接器(D+/D-引脚)被耳机和USB数据线共享的手机和MP3/MP4播放机采用。低的总谐波失真(THD)对音频声道来说非常重要。另外，由于开关被安放在交流耦合电容器之后，因此必须处理低THD下很大的反向信号摆幅。这种开关的超低关断电容允许高速USB信号借助该器件进行“线或”连接。而较低的寄生电容也是高速USB 2.0标准的一致性测试的关键。

特殊应用USB开关

随着目前的市场趋势向单一USB充电器/数据端口的转变，特殊应用USB开关已经成为带充电器检测功能的手机设计中的一种常规配置。图2是这种开关应用的一个范例。

图2：带充电器检测功能的USB开关非常适合高速USB应用，其USB电源和数据端口是共享的。

       基于两个主要原因，这种设计中需要使用低导通电容的开关。首先，由于基带处理器和高速USB控制器输出共享连接器侧的相同D+/D-引脚，因此当手机进入高速USB 2.0模式(诸如音乐下载或闪存功能)时，必须降低基带USB1.1/2.0全速控制器的输出电容。D+/D-线上的任何额外电容都会损害高速USB信号的眼开度。其次，在高速USB模式时，D+/D-线上悬接的额外走线必须截除以有效避免480Mbps USB信号快速的上升/下降沿引起的信号反射。

       由于单个USB端口要同时给充电器和数据功能使用，因此在目前的设计中充电器检测功能已经非常普及。传统方案是把D+/D-线馈至内部A/D转换器以确定D+/D-线是否短路。如前所述，该方案的主要局限是基带处理器GPIO端口的高输入电容将在数据线上增加额外的容抗，这种新增加的容抗将对高数据速率下信号的有效触发产生极为不利的影响，而该指标是USB 2.0一致性测试的一部分(例如USB 2.0信号的480 Mbps)。当然，这种方法的另外一个缺点是还占用了系统A/D转换器的资源。

       在这些应用中，为实现充电器检测和全速USB控制器输出电容的隔离，需要带超低内部电容检测电路的USB开关。同时，用来决定选择哪条USB通道作为输出的USB通道选择脚(图2中的S脚)必须能识别1.8 V 和3 V逻辑输入(注意：在基带处理器GPIO输出中1.8 V 和3 V都相当常用)。

       传统的开关选择脚可以接受高达2.0 V (TTL逻辑)的输入“高”(Vih)电平，当开关电源(VCC)直接取自电池时，该电平可导致严重的漏电流。借助能识别1.8 V输入逻辑电平的能力，还可以省去外接电平转换器件，从而允许设计人员进一步降低材料成本。例如，飞兆的FSUSB45等IC就具有超低导通电容(7pF)和小尺寸(1.4×1.8 mm)以及充电器检测功能和1.8 V控制逻辑识别等特性，能够很好地满足USB数据通路开关设计的需要。

本文小结

        模拟开关应用一直在从单纯的音频开关功能向更先进的产品发展，这些先进产品可以同时提供增值设计特性和强大的I/O到地的ESD能力。随着诸如MP3/MP4播放器和GPS/WiFi功能等多媒体特性在最终应用中的普及，设计人员需要应用性更加特殊的开关，这样不仅可以提供低失真的开关通道，同时能够解决标准一致性测试所面临的设计挑战。另外，这些开关还能降低材料成本，并显著缩短产品上市时间。

关键字：模拟开关便携式设计编辑：探路者引用地址：利用特殊应用模拟开关改进便携式设计

上一篇：选择正确的MOSFET：工程师所需要知道的
下一篇：不一样的热插拔控制器

推荐阅读最新更新时间：2023-10-17 15:43

基于MSP430的低功耗便携式测温仪设计

便携式测温仪采用16位超低功耗单片机MSP430F435和热电阻传感器铂1000实现温度的信号处理和采集。采用MSP430系列单片机的一个最大优势是它具有低功耗和高集成度，非常适合于电池供电和空间受限的工作环境以及便携式应用场合。作为一个便携式应用系统，功耗是整个系统的功耗，不仅是处理器的功耗。比如处理器输入端口的漏电流对系统的耗电影响就较大，MSP430单片机输入端口的漏电流最大为50 nA，远低于其他系列单片机(一般为1 μA～10μA)。该测温仪适合高炉热负荷水温测量，或者需要连续测量多点温度和温差的测量场合。　　1系统硬件设计　　便携式测温仪主要由处理器、传感器接口、键盘、LCD(液晶显示器)、数据存储、打印和电源

[单片机]

基于MSP430的低功耗<font color='red'>便携式</font>测温仪<font color='red'>设计</font>

低噪声便携式的心电监测仪设计和实现

　　随着人民物质水平的提高，人们对健康的要求已不仅停留在治疗疾病的水平上，而是提出了预防疾病，健康保健的新课题。心血管病作为人类健康的第二大杀手，已经引起了医学界广泛关注。心电检测技术是目前心脏病诊断、心脏健康保健所必须的一项技术。在向小型化、家庭化、网络化发展的趋势下，势必需要更为简便、更加低成本的心电检测设备。监护仪是一种以测量和控制病人生理参数，并可与已知设定值进行比较，如果出现超标可发出警报的装置或系统。监护仪与监护诊断仪器不同，它必须24小时连续监护病人的生理参数，检出变化趋势，指出临危情况，供医生应急处理和进行治疗的依据，使并发症减到最少，达到缓解并消除病情的目的。监护仪的用途除测量和监护生理参数外，还包括监视和处理用药

[单片机]

低噪声<font color='red'>便携式</font>的心电监测仪<font color='red'>设计</font>和实现

便携式投影仪LED驱动参考设计

　　概述　　本参考设计是针对便携式投影仪的6A降压型LED驱动器，参考设计基于PWM HB LED驱动器MAX16821，该电路可驱动一个LED；驱动RGB三色LED时需要使用三片MAX16821。 LED驱动器规格输入电压范围(VIN)：10V至15V 输出电压(VLED)：4.5V至6V 输出电流(ILED)：1.5A至6A，可模拟控制模拟控制电压：1.1V至2.8V，对应1.5A至6A 最大LED导通占空比：50% 最大LED电流上升/下降时间： 1µs 最大LED电流纹波：6A时， 15% 　　

[电源管理]

<font color='red'>便携式</font>投影仪LED驱动参考<font color='red'>设计</font>

ADI基础教程：模拟开关和多路复用器基础知识

这场基础教程介绍模拟开关及多路复用器的结构，并且介绍它们的静态和动态参数，最后会告诉大家如何在ADI网站上在线选择模拟开关或多路复用器。

[电源管理]

基于MSP430的低功耗便携式心电仪的设计

心电图是心脏疾病诊断的重要工具之一，目前在医院临床中有广泛的应用，给医生诊断病症带来很大的帮助。传统的心电仪虽能有效地监测心电、降低心脏病患者的死亡率，但不能对患者进行长时间的实时监护，而且存在体积大、功耗高、携带不便等缺点。鉴于此，本文设计了一种结构简单、性能稳定、可靠的便携式心电仪，能够在家庭、野外等一些场所对心电进行实时监测，具有广泛的应用前景。　　1 系统硬件结构及原理　　低功耗便携式心电仪由MSP430F169、心电信号采集调理电路、液晶显示模块、数据存储模块、按键输入模块等组成，如图1所示。　　通过以标准导联方式I和人体相连的电极取得的心电信号，因为环境中存在各种干扰（人体自身的肌电干扰，外部的工频干

[医疗电子]

基于MSP430的低功耗<font color='red'>便携式</font>心电仪的<font color='red'>设计</font>

基于Xscale便携式视频终端硬件设备设计

1 前言在当今信息社会，以多媒体为特征的信息技术和信息产业的发展及应用对人类社会产生的影响和作用愈来愈明显，愈来愈重要。多媒体能改变信息的包装，实现知识信息数字化，为人们获得知识信息提供极大的方便和无穷的乐趣。友善的人机界面、多种多样的多媒体教学软件、诱人的电子游艺节目、身临其境的多媒体导购系统、五花八门的信息家电和高效方便的网上查询等等，无不渗透着多媒体的作用，它引导人们进入了一个有声有色的世界。同时，多媒体的发展和应用，极大地推动了各行各业的相互渗透和飞速发展，大大改变了人类社会的上作环境和生活方式。可毫不夸张地说，多媒体产业的形成和发展，不仅引起了计算机工业的一次革命，也正在深刻地影响人类社会发生巨大的变革。

[单片机]

用单片机设计便携式医用自动输液器

１　引言对于需要自助式护理的病人来说，尤其是由于手术后、晚期癌症、分娩等原因所导致的慢性疼痛的病人，往往需要一种可以由病人自己操作、自动定时、定量向病人进行输液的智能型自动输液器，以达到治疗和镇痛的目的。为此，笔者设计了一种便携式医用自动输液器，该仪器采用电池作为供电电源，并具有功耗小、体积小、重量轻等特点，可满足便携式需要。此外，该仪器使用安全可靠、计量准确、自动化程度高，可适应现代医学发展的要求。该自动输液器的主要功能如下： (１)可根据要求设定滴数、输液总量及药液总量等参数。 (２)随时可改变原设定参数，并可以在运行时随时暂停输液。 (３)不同的使用者可以有自己的一套运行参数，并可通过密码进入自己的

[单片机]

便携式医疗监控系统：在设计方面的挑战

　　当前，政府与医疗机构正努力完善其医疗体系，以便更好地为病人服务。为了让病人有更多时间在家中养病，而不用常奔波于医院或诊所，医疗行业正充分利用便携及远距离连接的医疗监控系统，其中包括从血糖仪到便携式心电图系统等各种便携医疗设备。　　“便携式”医疗电子设备所面临的挑战是对远距离连接便携性的要求越来越高，同时还要保持对所有采集数据的质量与响应性。“便携式”一词在过去是指设备装有轮子，并且可以从门中通过。但如今，我们所说的“便携式”与以往不同。当前，许多医疗设备都是可运输的，甚至是 “可穿戴的”。这当然会带来设计方面的挑战，这种挑战不仅仅体现在设备的外形尺寸上，而且体现在内部的电子器件上。　　如果把任何一台便携式医疗监控

[医疗电子]