如何為便攜式產(chǎn)品選擇模擬開關(guān)

在便攜式產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，模擬開關(guān)一直以來都主要是作為音頻信號(hào)切換器來使用。隨著雙卡雙模手機(jī)的普及，模擬開關(guān)成了雙卡切換必備的選擇;最新的數(shù)字電視DVB，CMMB等在一定的條件下也需要使用模擬開關(guān)。那么選擇這些開關(guān)時(shí)需要注意哪些設(shè)計(jì)問題呢?

在便攜式產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，模擬開關(guān)一直以來都主要是作為音頻信號(hào)切換器來使用。隨著雙卡雙模手機(jī)的普及，模擬開關(guān)現(xiàn)在已成了雙卡切換的必備選擇。最新的數(shù)字電視DVB、CMMB等應(yīng)用在一定條件下也需要使用模擬開關(guān)。本文重點(diǎn)闡述為便攜式產(chǎn)品選擇模擬開關(guān)時(shí)需考慮的設(shè)計(jì)參數(shù)和關(guān)鍵事項(xiàng)。

低導(dǎo)通電阻是模擬開關(guān)在音頻切換用途時(shí)的主要選擇因素。值得注意的是，導(dǎo)通電阻是針對(duì)具體的VCC 、VIN(電壓輸入)及給定負(fù)載電流而定義的。在晶體管級(jí)，RON為器是長度(L)、寬度(W)、電子與空穴遷移率、氧化層電容、門限電壓及信號(hào)電壓的函數(shù)。如下所示：

RON會(huì)隨著電源電壓的增加而減小。圖1顯示了上海英聯(lián)電子科技有限公司(下文簡稱英聯(lián)電子)的UM4684在不同電源電壓上測得的RON。導(dǎo)通電阻平坦度(RFLAT)即表示RON隨著VIN在0V至VCC或V-至V+)間變化而變化的情況，它是引起THD的主要原因。

隔離度是用來衡量開關(guān)導(dǎo)通通道與關(guān)閉通道之間的“噪聲”的指標(biāo)。它在指定頻率上測量，是關(guān)閉通道輸入與輸出之間的耦合。串?dāng)_是模擬輸入通道與另一通道之間的交叉耦合，有兩種形式：鄰近通道與非鄰近通道。這兩種參數(shù)都以dB表示。在電路設(shè)計(jì)中通常是一起考慮串?dāng)_、隔離度與帶寬指標(biāo)。雖然某些模擬開關(guān)的輸入帶寬高達(dá)數(shù)百兆赫，但其帶寬指標(biāo)本身的意義并不大，因?yàn)楦哳l下的關(guān)斷隔離度和串?dāng)_都明顯變得更糟糕。

例如，在1MHz頻率下的典型開關(guān)關(guān)斷隔離度為70dB，典型的串?dāng)_為-85dB。由于這兩項(xiàng)指標(biāo)都按20dB/+倍頻下降，所以在100MHz頻率下，關(guān)斷隔離度下降為30dB，而串?dāng)_增加到-45dB。因此，僅僅考慮帶寬是不夠的，必須考慮在高頻工作條件下這兩項(xiàng)指標(biāo)是否都能滿足應(yīng)用要求。

便攜式產(chǎn)品通常由電池供電，因此功耗是選擇模擬開關(guān)時(shí)的一個(gè)重要考慮因素。大部分便攜式系統(tǒng)需要多種不同的供電電壓。模擬開關(guān)的供電可能來自于電池或經(jīng)過電源管理模塊調(diào)節(jié)過的電源輸出，開關(guān)的控制輸入信號(hào)也可能來自于電源電壓不同的ASIC。當(dāng)控制輸入電壓等于0或VCC時(shí)，CMOS控制電路的功耗非常低。

但對(duì)模擬開關(guān)而言，只要控制信號(hào)輸入電平保持在大于VIH最小值或者小于VIL最大值，開關(guān)便會(huì)識(shí)別控制信號(hào)的高低電平。此時(shí)控制電壓離0和VCC越遠(yuǎn)，功耗越大，如圖2中的紅色曲線所示。更新的ASIC設(shè)計(jì)逐步走向更小幾何尺寸的工藝，這限制了它們的電壓裕量，因此在新的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，驅(qū)動(dòng)控制管腳的電壓不再等于模擬開關(guān)的供電電壓。如果使用普通的模擬開關(guān)，開關(guān)電流消耗通常大于1mA，這將導(dǎo)致過多功耗。

對(duì)于某些開關(guān)，電流消耗甚至高達(dá)幾毫安，對(duì)功耗敏感的便攜式設(shè)備而言，這樣的功耗是無法接受的。大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模擬開關(guān)的產(chǎn)品說明書只給出了典型情況下(即開關(guān)輸入控制信號(hào)的高電平與開關(guān)供電電壓一致)的功耗指標(biāo)，這容易讓設(shè)計(jì)工程師感到混淆，他們會(huì)驚奇地發(fā)現(xiàn)在低壓ASIC設(shè)計(jì)中的模擬開關(guān)竟有幾毫安的漏電流。英聯(lián)電子的模擬開關(guān)改善了控制電路的輸入緩沖器，只要芯片的控制輸入電壓大于VIH或小于VIL內(nèi)，而不是等于0V或VCC，也能保持非常小的功耗。從圖2可看到采用該技術(shù)的英聯(lián)電子UM3157模擬開關(guān)與普通的同系列模擬開關(guān)在ICCT上的顯著區(qū)別。