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用于便携式设备 USB 2.0 高速设计的模拟开关 由于 PC 主机与便携式设备如手机之间所需的数据吞吐量不断增大，USB 2.0 高速 I/O (480Mbps) 在便携式应用领域的使用日益增多。在功能性的需求带 动下，外设设备控制器或基带处理器需要接入 USB 端口，以便与外部 PC 主机 进行通信。在这类应用中，高速 USB 开关需要用来满足市场对于更快速的上载 和下载需求。本文将举例说明如何使用高速 USB 开关减低整体应用的设计复杂 性。此外，本文会提供一些设计建议，以解决高速设计的带宽限制和眼开难题。 还会描述详细的设计方案，说明如何利用沿着数据路径的开关将附加抖动减至最 小，并且符合高速 USB 眼罩要求。 新兴应用示例 由于 3G 手机的功能聚合增多，MP3 播放器或数字相机等功能现需要系统 存储器之外的附加存储器。市场现行一般的解决方案是使用可移除存储器，如 SD 卡或更小型的 MMC 卡。随着更多的视频流功能在市场上出现，如 TV 节目 录制，未来高端手机设计的嵌入式硬盘功能需要具备更高的存储量和更低的成 本。硬盘手机的一项独到功能是 USB 2.0 的高速能力，可在 PC 主机和手机之间 达到 480Mbps 数据吞吐量，而且 USB 1.1 全速模式提供更快的上载和下载档案 速度。然而，传统的全速 USB 模式仍然存在于基带处理器中，用以满足其它功 能需求如地址本同步等。 现有的架构是硬盘控制器在基带处理器的外面。但不幸地，USB 串行数据 线路不能直接扎在一起共享通用的微型 USB 连接器，因为两条 D+ 线路都具有 1.5K Ω上拉电阻。即使其中一个 USB 输出停用，悬挂在数据总线上的迹线也会 因为 USB 高速信号具有高摆率 (上升/ 下降时间快至 500ps) 而引起信号反射， 结果会带来高速眼罩方面的风险。本文稍后将讨论如何将高速 USB 信号的 DC 和 AC 眼开拓至最大。图 1 所示为这类应用的多个解决方案。在这个图中，高速 USB 开关位于两个 USB 输出之间，共享同一个 D+/D- 连接器，这样当其中一 个 USB 口不在通信状态时，对应的多余迹线可以被有效地切断。当然，图 1 的 架构还适用于纤细型手机设计，需要在高速 USB 端口和基带处理器的 UART 输 出之间共享 USB 连接器。 图 1 高速低功率 (1uA) USB 开关允许全速和高速 USB 信号共享单个 USB 连接端口 图 2 是飞兆半导体 USB 开关 (FSUSB20) 的输出眼开，采用高速硬盘输出 测试，并通过了眼开的合格测试。这种开关具有小型封装选项 (MicroPakTM: 1.6mm x 2.1mm) 和低静态功耗 (1uA) ，非常适合电池供电应用所采用，如手 机、笔记本电脑和 PDA 。此外，MicroPak 等无引线封装可将引脚电感减至最小， 有助于提升数据路径带宽，从而提升眼开性能。 图2 飞兆半导体 FSUSB20 符合高速 USB 眼开要求 图3 是 USB 开关盒应用，允许两个计算机共享同一个 USB 器件，例如在家居或办 公室的打印机或扫描仪应用。只需通过面板上的手动开关或软件指令即可进行控制。在 这类应用中，具有 750MHz -3db 带宽的双极双通高带宽开关 (如 FSUSB20) 便可完全满 足要求，轻易通过 USB 2.0 高速 (480Mbps) 吞吐量的第三阶谐波频率(720MHz) 。 图3 高速 USB 开关盒应用中的高速 USB 开关 设计挑战和解决方案 如前所述，为了将 USB 高速眼图的眼开拓至最大，AC 和 DC 因素都需要加以考虑。 DC 因素主要指USB 开关的 DC 插入损耗，要求开关具有低导通阻抗。当终端为45 Ω时， 导通阻抗为 10 Ω的开关为400mV 高速 USB 输入提供 327mV 输出信号摆幅。推荐使用 低导通阻抗的开关来提高噪声裕量。但如果过于强调最小插入损耗或低导通阻抗，可能 会误导设计人员作出错误的开关选择。相位抖动和相位降级等 AC 效应会带来更高不符 眼开要求的风险。相位抖动的主因