功能、功能、更多的功能！这是最近几年超便携电子产品市场的主题。将音频和数据源复用到USB数据线上已经成为自然的趋势。此外，随着视频/TV功能加入便携电子产品，还需要针对每一种数据源进行多媒体开关的优化。针对USB优化的开关是实现数据通道信号路由的首选解决方案。对音频和USB通道来说，需要考虑一些不同的、相互排斥的特性，包括负电压音频信号。将这些信号通道组合起来并维持良好的完整性和性能，是系统设计的一个有意义的挑战。但是受到技术功能、应用系统速率和环境的限制，设计技术的效果将取决于几个方面的因素，包括应用的数据传输是高速(480Mb/s)还是全速(12Mb/s)，音频数据信号是否有负电压，视频内容是否为流媒体(实时)。下一代开关针对不同数据通道特性(USB、音频和视频)进行优化且采用单一封装，是这些多媒体应用的理想解决方案。

本文讨论从USB、音频和视频开关过渡到多媒体开关的问题，并讨论一些关键功能特性和权衡问题，如提高ESD保护能力、减少外接部件，以及保持功能性水平，从而维持下一代USB2.0应用的高性能。

由于最普遍的功能需求趋势之一是向MP3播放器或具有MP3功能的手机下载音乐，因此我们将首先讨论USB和音频数据通道。最初使用的是全速USB2.0，但现在希望下载速度更快，在给定时间内下载更多的音乐内容，因而转用高速USB2.0(480Mb/s)进行数据传送。

将USB2.0和音频数据通道组成一个共享连接器
图1所示为较旧的架构，其中，USB2.0通道和音频数据通道是分离的，而且与外部的接口是通过独立的信号引脚(可能是通过专门的连接器)来实现的。这种架构在过去很长一段时间都能满足应用要求，但随着超便携产品集成的功能越来越多，就需要多路复用数据通道。对音频设备的THD(总谐波失真)来说，首选是导通电阻(RON)低(0.3～0.6Ω)，RON的频率响应曲线(RFLAT)平坦。按此标准，导通电容(CON)可能较高，从而影响USB2.0数据传送。图1所示的CON、COFF和RON数值是较旧产品中某些开关的典型特性。

在USB2.0条件下，CON成为更主要的因素。因此，对于高速USB2.0数据传送，应当尽可能降低CON，最好是最大值低于6～7pF。减小电容值，可确保满足USB-IF眼图要求。这意味着，当增加外部ESD(或TVS)部件时必须小心。为满足眼图(图2)要求，可选用较大的RON来降低该电容，要注意的是给USB2.0眼图留下裕量。需要克服的两难问题是确保在USB2.0数据传送期间，上升沿和下降沿不至于过缓(低CON)，且I·R压降达到最小(低RON)。优良的板卡和系统设计技术对共享音频和USB数据引脚很重要。而且，必须充分考虑在控制器和连接器间添加开关产生的插入损耗特性。

图1 采用分离式连接器的早期架构

当产品设计人员考虑共享USB和音频数据线时，就会发现这个电容对高速USB2.0数据传送非常有害。在本例(见图1)中，当传送高速USB2.0数据时，等效电容为CONUSB+COFFAUDIO(43pF)，它对高速眼图(见图2)影响很大。事实上，负载此时看起来更像全速USB。因此，要共享一个连接器引脚，就需要一个针对高速USB2.0优化且不影响音频通道动态性的开关。权衡考虑，音频通道的RON一般应降低到2～6Ω。这样就能保持USB2.0特性，并使CONUSB保持5～6pF左右。但开关的音频RON不应太小，因为这个输出电阻一般需要驱动一个  32Ω的耳机，因此信号衰减不能太多，或损失开关的功率传输能力。对CON较小的器件，虽然可在模拟开关门电路上采用电荷泵电路之类的设计技术来降低RON，但这对超便携应用来说并非一定是好事，因为添加电荷泵常常会增加功耗 (300～800μA)。

图2 高速USB开关眼图

增加负电压音频功能和自动VBUS检测功能
MP3和超便携产品的另一个发展趋势是省去音频通道的隔直电容(配接   32Ω阻抗耳机一般设为220μF)。要去除这些电容，节省部件成本和板卡空间，就要求音频通道能够处理负电压音频信号。

一直以来，音频放大器的电压放大都是以接地为基准，在放大前要加上一个直流偏压(一般为Vcc/2，以使信号振幅和功率传输最大化)。不过，为最大限度地降低耳机的功耗，这个偏置电压要被隔直电容滤除。该偏置电压在大多数应用中都是参照接地的数值。有了自身产生负电压电源轨(通过电荷泵实现)的放大器后，隔直电容就可以去掉。这种无隔直电容的耳机驱动电路在市场上越来越流行，仅需很小的耗电代价就可保障音频质量。更重要的是，采用负电压音频放大器以及能通过负电压音频信号的模拟开关，能够提高耳机的功率传输能力。此外，对于负电压音频信号能力，20Hz范围音频的频率响应更好，这是因为没有隔直电容对负载形成的高通滤波电路，从而使低频性能提升。在音频放大器开/关时，隔直电容还会因同时充/放电而产生喀嚓的刺耳声。这种刺耳声可通过软件控制或对节点放电降低至某一水平，但负电压音频开关无须作这类处理。图3和图4描述了负电压音频开关相对于传统音频开关的优势。

图3 具有隔直电容的传统音频开关

图4 能够处理负电压信号的音频开关

将负电压音频通道与USB2.0通道相结合，就会涉及到两个信号源间的隔离问题。飞兆半导体公司的负电压音频开关允许音频信号的振幅为-2V，因而能确保开关器件不会造成音频信号削波，同时也能隔离USB2.0信号源。

如果将USB2.0和音频结合在一起，最好能自动检测是否有耳机通过USB电缆接入设备。在许多便携式设备中，如果使用USB2.0电缆来进行连接,产品很有可能就是总线驱动的外设 (OTG外设除外)，因而存在电压VBUS。检测这种连接并自动设置成USB2.0数据通道，正是飞兆半导体公司的FSA221开关所要完成的任务(见图5)。在这些情况下，设备自行供电，然后通过ASEL引脚，在USB2.0和音频通道之间切换。

图5 具有负电压和自动VBUS检测的USB2.0/音频开关

将视频(或电视)添加到采用USB2.0和音频共享连接器的超便携设备中

图6 结合USB2.0、负电压音频和视频的三合一多媒体开关

带有相机和MP3播放器的手机现在越来越普及，而且下一代手机开始集成直播电视。消费者或许期望在路途中观看体育比赛直播 (如奥运节目或世界杯足球赛)。他们不再满足于手机仅有通信功能，而是希望它能用于娱乐。有人估计到2009年具有数字电视功能的手机会达到1亿部以上。最常用或最开放的移动电视标准包括DVB-H(美国和英国面向便携式设备的数字电视广播标准)、DMB(南韩的数字媒体广播)以及ISBT(日本的地面综合服务数字广播)。这些标准也开始进入世界其他地区。同样，若能最大限度地减少器件数目，并将这些不同格式的节目复用到一个接口(见图6)是很有利的。实现方式可能稍有差异，具体取决于最终产品构架和所采用的芯片组。

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