如何在機(jī)頂盒設(shè)計(jì)中使用負(fù)載開(kāi)關(guān)和電子保險(xiǎn)絲

1.前言

坐在電視機(jī)前很容易。換頻道很容易。在電視上觀看一個(gè)節(jié)目的同時(shí)同時(shí)錄制四個(gè)節(jié)目并將另一節(jié)目流式傳輸?shù)狡桨咫娔X是過(guò)度的 - 但也很容易！這一切都?xì)w功于機(jī)頂盒 (STB) 的強(qiáng)大功能，如圖 1 所示。

圖 1：典型的機(jī)頂盒

機(jī)頂盒(set top box,STB)起源于20世紀(jì)90年代初，當(dāng)時(shí)主要是歐美國(guó)家有線電視臺(tái)為解決有線電視收視費(fèi)問(wèn)題而設(shè)計(jì)的一個(gè)解擾設(shè)備。機(jī)頂盒作為數(shù)字電視輔助設(shè)備是從20世紀(jì)90年代后期歐美國(guó)家試播數(shù)字電視和高清數(shù)字電視開(kāi)始的。它的主要作用是使用戶能夠用原有的模擬電視機(jī)收看數(shù)字電視節(jié)目和高清數(shù)字電視節(jié)目，即提供數(shù)/模信號(hào)轉(zhuǎn)換功能，通常把這類機(jī)頂盒稱為數(shù)字電視機(jī)頂盒。

數(shù)字視頻變換盒（Set Top Box）簡(jiǎn)稱STB，通常稱作機(jī)頂盒或機(jī)上盒，是一個(gè)連接電視機(jī)與外部信號(hào)源的設(shè)備。它可以將壓縮的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)成電視內(nèi)容，并在電視機(jī)上顯示出來(lái)。信號(hào)可以來(lái)自有線電纜、衛(wèi)星天線、寬帶網(wǎng)絡(luò)以及地面廣播。機(jī)頂盒接收的內(nèi)容除了模擬電視可以提供的圖像、聲音之外，更在于能夠接收數(shù)字內(nèi)容，包括電子節(jié)目指南、internet網(wǎng)頁(yè)等等。它使用戶能在現(xiàn)有電視機(jī)上觀看數(shù)字電視節(jié)目，并可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交互式數(shù)字化娛樂(lè)、教育和商業(yè)化活動(dòng).

2.控制負(fù)載能量消耗

STB 設(shè)計(jì)人員通常遵循待機(jī)電源要求，以便提高系統(tǒng)的電源效率。這些要求限制了 STB 在不活動(dòng)時(shí)可以消耗的電量，因此需要關(guān)閉不同的子系統(tǒng)以消耗最少的電量。一些地區(qū)甚至有特定的電源要求，例如能源之星。圖 2 顯示了可以控制以提高待機(jī)功耗的常見(jiàn) STB 子系統(tǒng)。

圖 2：STB 中的負(fù)載開(kāi)關(guān)和電子保險(xiǎn)絲應(yīng)用

現(xiàn)在讓我們看一下我們可以打開(kāi)和關(guān)閉的一些子系統(tǒng)。

· 前端/調(diào)諧器。該子系統(tǒng)接收輸入信號(hào)（有線或衛(wèi)星）并將信號(hào)轉(zhuǎn)換為視頻。一個(gè)調(diào)諧器負(fù)責(zé)一個(gè)視頻輸出，所以如果一個(gè)機(jī)頂盒可以一次錄制五個(gè)節(jié)目，那就意味著有五個(gè)不同的調(diào)諧器專門用于錄制。同樣，還有一個(gè)用于輸出視頻端口和通過(guò) Wi-Fi® 連接其他設(shè)備的調(diào)諧器。在不使用時(shí)關(guān)閉調(diào)諧器可以降低關(guān)機(jī)功率。

· 硬盤。未錄制節(jié)目或播放以前錄制的節(jié)目的硬盤驅(qū)動(dòng)器不需要處于活動(dòng)狀態(tài)。當(dāng) STB 僅輸出電纜信號(hào)時(shí)，情況也是如此。

· 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。Wi-Fi 將其他設(shè)備（例如平板電腦或計(jì)算機(jī)）連接到機(jī)頂盒，或連接同一家庭內(nèi)的較小機(jī)頂盒。

負(fù)載開(kāi)關(guān)可以控制每個(gè)子系統(tǒng)的電源，并且可以根據(jù)當(dāng)前負(fù)載使用 TPS22918 和 TPS22975。兩者都是塑料器件，具有適用于不同容性負(fù)載的可調(diào)輸出上升時(shí)間。TPS22918 可支持高達(dá) 2A 的負(fù)載，TPS22975 可支持高達(dá) 6A 的負(fù)載。

將開(kāi)關(guān)用于附加功能怎么樣？

除了省電之外，其他幾個(gè)功能還需要一個(gè)開(kāi)關(guān)：

· 電源排序。 控制 STB 的片上系統(tǒng) (SoC) 或微控制器針對(duì)其不同的電壓軌具有特定的上電順序。為獲得最佳性能，諸如 TPS22918 或 TPS22975 之類的設(shè)備可以按順序打開(kāi)每個(gè)電源軌。

· 輸入保護(hù)。 當(dāng) 12V 適配器插入 STB 時(shí)，可能會(huì)發(fā)生電壓和電流瞬變。在 STB 輸入端放置 TPS2595 電子保險(xiǎn)絲可以保護(hù)系統(tǒng)的其余部分免受熱插拔事件的影響。

· SD卡。如果 STB 使用 SD 卡，則可以選擇使用 3.3V 或 1.8V 為其供電。使用 TPS22910A 和 TPS22912C 負(fù)載開(kāi)關(guān)可以讓我們選擇合適的電源軌。

· HDMI . HDMI接口在使用時(shí)是5V供電，為了保護(hù)用戶需要限制電流。TPS22945 負(fù)載開(kāi)關(guān)具有 100mA 的低電流限制。

所有這些應(yīng)用程序都在圖 3 的框圖中建模。

圖 3：STB 中推薦的負(fù)載開(kāi)關(guān)和電子保險(xiǎn)絲

3.負(fù)載開(kāi)關(guān)和eFuses

該電源開(kāi)關(guān)參考設(shè)計(jì)為機(jī)頂盒 節(jié)目全部用于每個(gè)子系統(tǒng)的不同負(fù)載開(kāi)關(guān)和eFuses的。通過(guò)添加 DC/DC，該設(shè)計(jì)有助于為 STB 供電創(chuàng)建完整的解決方案。

圖 4：機(jī)頂盒電源開(kāi)關(guān)參考設(shè)計(jì)

隨著機(jī)頂盒向更小外形尺寸發(fā)展的趨勢(shì)，很容易理解為什么設(shè)計(jì)人員希望在他們的系統(tǒng)中進(jìn)行更多的集成。因此，保持我們的機(jī)頂盒電源設(shè)計(jì)小而簡(jiǎn)單，并使用負(fù)載開(kāi)關(guān)和電子保險(xiǎn)絲來(lái)滿足我們不同的電源開(kāi)關(guān)需求！