智能手機(jī)用八通道模擬開關(guān)ISL54230及其應(yīng)用
摘要： ISL54230是Intersil公司生產(chǎn)的新型四通道雙極雙擲(DPDT)模擬開關(guān)，它采用+2．0～十5．5 V單電源工作。該芯片內(nèi)部包括有可配置成4個(gè)DPDT單元的8個(gè)單極雙擲(SPDT)開關(guān)，每個(gè)DPDT單元均可用邏輯輸入信號(hào)進(jìn)行獨(dú)立控制。通過這種靈活的配置能夠在內(nèi)部芯片和外部連接器引腳之間進(jìn)行USB、UART、以及用于藍(lán)牙物理層的PCM、SIM卡電源，數(shù)據(jù)和音頻信號(hào)的切換和路由。特別是，ISL54230能夠使雙基帶芯片訪問兩個(gè)SIM卡中的其中一個(gè)，同時(shí)把未用SIM卡的電源關(guān)閉而進(jìn)入零功耗狀態(tài)。另外，通過ISL54230的雙端口USB 2．0高速2：1復(fù)用器，還可使USB連接器與多個(gè)基帶的多媒體處理器芯片進(jìn)行連接。
Abstract：
Key words :
ISL54230是Intersil公司生產(chǎn)的新型四通道雙極雙擲(DPDT)模擬開關(guān)，它采用+2．0～十5．5 V單電源工作。該芯片內(nèi)部包括有可配置成4個(gè)DPDT單元的8個(gè)單極雙擲(SPDT)開關(guān)，每個(gè)DPDT單元均可用邏輯輸入信號(hào)進(jìn)行獨(dú)立控制。通過這種靈活的配置能夠在內(nèi)部芯片和外部連接器引腳之間進(jìn)行USB、UART、以及用于藍(lán)牙物理層的PCM、SIM卡電源，數(shù)據(jù)和音頻信號(hào)的切換和路由。特別是，ISL54230能夠使雙基帶芯片訪問兩個(gè)SIM卡中的其中一個(gè)，同時(shí)把未用SIM卡的電源關(guān)閉而進(jìn)入零功耗狀態(tài)。另外，通過ISL54230的雙端口USB 2．0高速2：1復(fù)用器，還可使USB連接器與多個(gè)基帶的多媒體處理器芯片進(jìn)行連接。
1 ISL54230的主要特點(diǎn)
ISL54230小尺寸，設(shè)計(jì)靈活，可使設(shè)計(jì)者對雙模、雙待操作的手機(jī)中的不同類型信號(hào)的路由進(jìn)行優(yōu)化，故可廣泛用于蜂窩／移動(dòng)電話、PDA、數(shù)碼相機(jī)和攝像機(jī)、USB／UART／音頻開關(guān)等信號(hào)的連接。ISL54230的關(guān)鍵技術(shù)特性如下：
◇每個(gè)端口都支持USB 2．0高速(480 Mbps)和全速(12 Mbps)數(shù)據(jù)速率；
◇可提供滿足USB 2．0標(biāo)準(zhǔn)的短路和過壓保護(hù)功能。無需額外的外部器件；
◇可進(jìn)行高速UART和PCM數(shù)據(jù)線切換以及軌到軌模擬信號(hào)的切換；
◇兼容1．8 V電壓(+2．7～+3．6 V電源電壓)；
◇可對開關(guān)提供高達(dá)+5．5 V的過壓保護(hù)；
◇雙口輸出控制可提高應(yīng)用的靈活性和易用性，當(dāng)閑置時(shí)，可選擇性地對開關(guān)進(jìn)行關(guān)閉；
◇所有信號(hào)引腳均可承受大于8kV的靜電放電。以便在SIM卡插入和移出時(shí)，保護(hù)系統(tǒng)免受ESD危害；
◇操作溫度范圍為-40℃～+85℃。
2 ISL54230的引腳功能
ISL54230開關(guān)芯片采用TQFN小型封裝，圖1所示是其引腳排列圖。圖2為其內(nèi)部連接功能圖。芯片各引腳的功能如下：
OE1，OE2：分別為1、2通道開關(guān)的使能控制端；
IN1～I(xiàn)N4：分別為l～4通道開關(guān)輸入選擇端；
COM_lA，COM_2A：分別為HS開關(guān)通道l和通道2的公共A端；
COM_1B，COM_2B：分別為HS開關(guān)通道1和通道2的公共B端；
COM_3A，COM_4A：分別為6Ω開關(guān)通道3和通道4的公共A端；
COM_3B，COM_4B：分別為1Ω開關(guān)通道3和通道4的公共B端；
NC_1A(B)～NC_4A(B)：8個(gè)常閉開關(guān)端；
NO_1A(B)～NO_4A(B)：8個(gè)常開開關(guān)端；
VDD：電源端口；
GND：接地端。
3 ISL54230的應(yīng)用
ISL54230是一個(gè)多協(xié)議交換機(jī)，它包含8個(gè)開關(guān)，可配置成四個(gè)雙刀雙擲開關(guān)。它的每一個(gè)雙刀雙擲開關(guān)都可由一個(gè)獨(dú)立邏輯引腳來控制。 ISL54230有四個(gè)開關(guān)，可通過USB2．0接口方式傳遞模擬或數(shù)字音頻信號(hào)。FSL54230有36球柵WLCSP封裝和32引腳TQFN封裝，可用于手機(jī)和PDA等小尺寸應(yīng)用。圖3所示是：ISL54230的典型應(yīng)用電路。
3．1 開關(guān)控制
ISL54230包含四個(gè)開關(guān)，可通過USB2．0接口模式全速和高速傳輸模擬／數(shù)字信號(hào)。USB開關(guān)能以最小的波形和相位失真來傳輸高帶寬的USB標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)(480 Mbps)。其中1 Ω開關(guān)是傳輸8 MHz帶寬信號(hào)的理想開關(guān)，由于其開關(guān)阻抗很低，因而可大大降低功耗；而6 Ω開關(guān)則是傳輸音頻或數(shù)據(jù)信號(hào)的最好選擇，其帶寬高達(dá)100 MHz，同時(shí)可保持較低的RON THD性能。
除了可用4個(gè)獨(dú)立的邏輯控制引腳來控制每一個(gè)雙刀雙擲開關(guān)外，ISL54230還包含兩個(gè)OE邏輯引腳。通過OE引腳的控制，可為用戶提供高度靈活的信號(hào)路由開關(guān)。此外，當(dāng)供電電壓范圍為2．7～3．6 V時(shí)，ISL54230的引腳邏輯0應(yīng)小于0．5V電壓，引腳邏輯l則應(yīng)大于1．4 V，因此，芯片的所有1．8 V邏輯引腳均可兼容到+3．3 V電源。
3．2 上電順序及復(fù)位保護(hù)
ISL54230可以工作在2．0～+5．5 V的電源電壓下，而對于USB應(yīng)用，其電源電壓范圍應(yīng)為+3．0～+5．5 V，以確保適當(dāng)?shù)腢SB數(shù)據(jù)線信號(hào)電平。此外，還應(yīng)在電路的工作電源引腳連接0．0l～0．1μF的去耦電容，以濾除電源噪聲。
適當(dāng)?shù)纳想婍樞蚩杀Ｗo(hù)ISL54230不會(huì)出現(xiàn)故障。ISL54230內(nèi)部集成有上電復(fù)位(POR)電路，可防止電源電壓在達(dá)到1．4 V以前提前打開電路開關(guān)。事實(shí)上，ISL54230有一個(gè)100 mV的滯后，因此，只有在電源電壓跌破1．3 V時(shí)，ISL54230才關(guān)閉電路。該滯后功能可防止開關(guān)的輸入信號(hào)在還沒有傳遞到輸出設(shè)備時(shí)，工作電壓就已經(jīng)達(dá)到復(fù)位條件，從而保證開關(guān)信號(hào)的完整。
通過復(fù)位電路還可在IC電壓降低到復(fù)位門限以下時(shí)，對開關(guān)提供保護(hù)。因此，建議電路的電源電壓范圍為+2．0～+5．5 V，雖然在2．0 V的電源電壓下，器件仍然可以工作，但是，復(fù)位門限和電源電壓之間的噪聲容限將會(huì)減少。這樣，瞬態(tài)電壓就可能觸發(fā)復(fù)位而使器件意外關(guān)閉。
3．3 過壓過流保護(hù)
ISL54230具有過壓保護(hù)功能。該器件內(nèi)含ESD保護(hù)二極管，可為端點(diǎn)到地之間提供一個(gè)偏置通路。當(dāng)開關(guān)器件端口上的負(fù)壓較大時(shí)，通過這些二極管可以釋放較大的ESD電流，從而起到ESD保護(hù)的功能。因此，ISL54230端口上的信號(hào)不應(yīng)為負(fù)壓，也就是說，不能超過ISL54230的“絕對最大額定值”。
當(dāng)ISL54230的電源電壓小于ESD保護(hù)電路許可的5．5 V時(shí)．其傳輸信號(hào)高于+5．5 V并無多大不良影響，ISL54230的ESD保護(hù)功能可允許信號(hào)電壓超出工作電源VDD，它不會(huì)在開關(guān)電路上誘導(dǎo)較大的電流，因此這一功能適用于 USB2．0模式下的5．25V Vbus短路線到USB信號(hào)線的短路保護(hù)。
應(yīng)當(dāng)注意，當(dāng)電源電壓高于復(fù)位門限且VBUS發(fā)生故障時(shí)，如果邏輯控制引腳設(shè)置為開啟狀態(tài)。那么，VBUS信號(hào)將被傳遞到開關(guān)的其他端口。
3．4 USB開關(guān)設(shè)計(jì)
ISL54230的4個(gè)USB FS和HS的開關(guān)均為雙向模擬開關(guān)，可以最小的失真來軌對軌地傳輸信號(hào)。對于一個(gè)3．0 V電源，這些開關(guān)在6 Ω標(biāo)稱阻抗時(shí)，具有OV～400mV的信號(hào)范圍。低電容和高帶寬使其成為USB應(yīng)用的理想選擇。他們是專門設(shè)計(jì)用于傳輸U(kuò)SB FS(12 Mbps)和USB HS(480Mbps)差分信號(hào)的。
3．5 邏輯控制引腳設(shè)計(jì)
ISL54230帶有OE1、OE2和IN1～I(xiàn)N4等六個(gè)邏輯控制引腳。IN1～I(xiàn)N4可獨(dú)立控制每個(gè)雙刀雙擲開關(guān)和兩個(gè)OEX使能腳。這些邏輯控制引腳可以確定這個(gè)開關(guān)的狀態(tài)。其中OE控制引腳的真值表如表1所列。表2是其輸入選擇真值表。這兩個(gè)表給出了ISL54230的引腳開關(guān)控制操作方法。
當(dāng)OEx控制引腳為邏輯低電平時(shí)，開關(guān)在COM2x和COM3x在IN2和IN3的控制下分別處于開關(guān)觸發(fā)狀態(tài)。當(dāng)OEx控制引腳為邏輯高電平時(shí)，所有的開關(guān)狀態(tài)都在INX的控制下觸發(fā)開關(guān)狀態(tài)。其他開關(guān)的狀態(tài)均可以此為例并依照表1和表2進(jìn)行設(shè)置。
ISL54230的邏輯控制電平如下：
當(dāng)VOEx≤0．5 V時(shí)，OEx為“0” (低電平)；
當(dāng)VOEx≥1．4 V時(shí)，OEx為邏輯“1”(高電平)；
當(dāng)VINx≤0．5 V時(shí)，INx為邏輯“0” (低電平)；
當(dāng)VINx≥1．4 V時(shí)，INx為邏輯“1” (高電平)。
4 結(jié)束語
ISL54230的每個(gè)DPDT開關(guān)單元均可用邏輯輸入信號(hào)進(jìn)行獨(dú)立控制。這種靈活的配置方法能夠?qū)?nèi)部芯片和外部連接器引腳之間的USB、UART、藍(lán)牙物理層的PCM、SIM卡電源／數(shù)據(jù)和音頻信號(hào)進(jìn)行切換和路由。特別是，ISL54230能夠讓雙基帶芯片訪問兩個(gè)SIM卡中的其中一個(gè)，同時(shí)把未用SIM卡的電源關(guān)閉，以使其進(jìn)入零功耗狀態(tài)。因此，ISL54230無疑是用于手機(jī)的理想開關(guān)連接器件。
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