智能手机用八通道模拟开关ISL54230及其应用

智能手机用八通道模拟开关ISL54230及其应用摘要：ISL54230是Intersil公司生产的新型四通道双极双掷(DPDT)模拟开关，该器件带有良好的ESD保护功能，可广泛用于蜂窝移动电话、PDA、数码相机和摄像机、USBUART音频开关等。文中介绍了ISL54230的主要特点、引脚功能和应用方法，给出了ISL54230的典型应用电路。关键词：双极双掷；通道开关；智能手机；ISL54230O 引言ISL54230是Intersil公司生产的新型四通道双极双掷(DPDT)模拟开关，它采用+20十55 V单电源工作。该芯片内部包括有可配置成4个DPDT单元的8个单极双掷(SPDT)开关，每个DPDT单元均可用逻辑输入信号进行独立控制。通过这种灵活的配置能够在内部芯片和外部连接器引脚之间进行USB、UART、以及用于蓝牙物理层的PCM、SIM卡电源，数据和音频信号的切换和路由。特别是，ISL54230能够使双基带芯片访问两个SIM卡中的其中一个，同时把未用SIM卡的电源关闭而进入零功耗状态。另外，通过ISL54230的双端口USB 20高速2：1复用器，还可使USB连接器与多个基带的多媒体处理器芯片进行连接。1 ISL54230的主要特点ISL54230小尺寸，设计灵活，可使设计者对双模、双待操作的手机中的不同类型信号的路由进行优化，故可广泛用于蜂窝移动电话、PDA、数码相机和摄像机、USBUART音频开关等信号的连接。ISL54230的关键技术特性如下：每个端口都支持USB 20高速(480 Mbps)和全速(12 Mbps)数据速率； 可提供满足USB 20标准的短路和过压保护功能。无需额外的外部器件； 可进行高速UART和PCM数据线切换以及轨到轨模拟信号的切换； 兼容18 V电压(+27+36 V电源电压)； 可对开关提供高达+55 V的过压保护； 双口输出控制可提高应用的灵活性和易用性，当闲置时，可选择性地对开关进行关闭； 所有信号引脚均可承受大于8kV的静电放电。以便在SIM卡插入和移出时，保护系统免受ESD危害； 操作温度范围为-40+85。2 ISL54230的引脚功能ISL54230开关芯片采用TQFN小型封装，图1所示是其引脚排列图。图2为其内部连接功能图。芯片各引脚的功能如下：OE1，OE2：分别为1、2通道开关的使能控制端； IN1IN4：分别为l4通道开关输入选择端； COM_lA，COM_2A：分别为HS开关通道l和通道2的公共A端； COM_1B，COM_2B：分别为HS开关通道1和通道2的公共B端； COM_3A，COM_4A：分别为6开关通道3和通道4的公共A端； COM_3B，COM_4B：分别为1开关通道3和通道4的公共B端； NC_1A(B)NC_4A(B)：8个常闭开关端； NO_1A(B)NO_4A(B)：8个常开开关端； VDD：电源端口； GND：接地端。3 ISL54230的应用ISL54230是一个多协议交换机，它包含8个开关，可配置成四个双刀双掷开关。它的每一个双刀双掷开关都可由一个独立逻辑引脚来控制。ISL54230有四个开关，可通过USB20接口方式传递模拟或数字音频信号。FSL54230有36球栅WLCSP封装和32引脚TQFN封装，可用于手机和PDA等小尺寸应用。图3所示是：ISL54230的典型应用电路。31 开关控制ISL54230包含四个开关，可通过USB20接口模式全速和高速传输模拟数字信号。USB开关能以最小的波形和相位失真来传输高带宽的USB标准信号(480 Mbps)。其中1 开关是传输8 MHz带宽信号的理想开关，由于其开关阻抗很低，因而可大大降低功耗；而6 开关则是传输音频或数据信号的最好选择，其带宽高达100 MHz，同时可保持较低的RON THD性能。除了可用4个独立的逻辑控制引脚来控制每一个双刀双掷开关外，ISL54230还包含两个OE逻辑引脚。通过OE引脚的控制，可为用户提供高度灵活的信号路由开关。此外，当供电电压范围为2736 V时，ISL54230的引脚逻辑0应小于05V电压，引脚逻辑l则应大于14 V，因此，芯片的所有18 V逻辑引脚均可兼容到+33 V电源。32 上电顺序及复位保护ISL54230可以工作在20+55 V的电源电压下，而对于USB应用，其电源电压范围应为+30+55 V，以确保适当的USB数据线信号电平。此外，还应在电路的工作电源引脚连接00l01F的去耦电容，以滤除电源噪声。适当的上电顺序可保护ISL54230不会出现故障。ISL54230内部集成有上电复位(POR)电路，可防止电源电压在达到14 V以前提前打开电路开关。事实上，ISL54230有一个100 mV的滞后，因此，只有在电源电压跌破13 V时，ISL54230才关闭电路。该滞后功能可防止开关的输入信号在还没有传递到输出设备时，工作电压就已经达到复位条件，从而保证开关信号的完整。通过复位电路还可在IC电压降低到复位门限以下时，对开关提供保护。因此，建议电路的电源电压范围为+20+55 V，虽然在20 V的电源电压下，器件仍然可以工作，但是，复位门限和电源电压之间的噪声容限将会减少。这样，瞬态电压就可能触发复位而使器件意外关闭。33 过压过流保护ISL54230具有过压保护功能。该器件内含ESD保护二极管，可为端点到地之间提供一个偏置通路。当开关器件端口上的负压较大时，通过这些二极管可以释放较大的ESD电流，从而起到ESD保护的功能。因此，ISL54230端口上的信号不应为负压，也就是说，不能超过ISL54230的“绝对最大额定值”。当ISL54230的电源电压小于ESD保护电路许可的55 V时其传输信号高于+55 V并无多大不良影响，ISL54230的ESD保护功能可允许信号电压超出工作电源VDD，它不会在开关电路上诱导较大的电流，因此这一功能适用于USB20模式下的525V Vbus短路线到USB信号线的短路保护。应当注意，当电源电压高于复位门限且VBUS发生故障时，如果逻辑控制引脚设置为开启状态。那么，VBUS信号将被传递到开关的其他端口。34 USB开关设计ISL54230的4个USB FS和HS的开关均为双向模拟开关，可以最小的失真来轨对轨地传输信号。对于一个30 V电源，这些开关在6 标称阻抗时，具有OV400mV的信号范围。低电容和高带宽使其成为USB应用的理想选择。他们是专门设计用于传输USB FS(12 Mbps)和USB HS(480Mbps)差分信号的。35 逻辑控制引脚设计ISL54230带有OE1、OE2和IN1IN4等六个逻辑控制引脚。IN1IN4可独立控制每个双刀双掷开关和两个OEX使能脚。这些逻辑控制引脚可以确定这个开关的状态。其中OE控制引脚的真值表如表1所列。表2是其输入选择真值表。这两个表给出了ISL54230的引脚开关控制操作方法。当OEx控制引脚为逻辑低电平时，开关在COM2x和COM3x在IN2和IN3的控制下分别处于开关触发状态。当OEx控制引脚为逻辑高电平时，所有的开关状态都在INX的控制下触发开关状态。其他开关的状态均可以此为例并依照表1和表2进行设置。ISL54230的逻辑控制电平如下： 当VOEx05 V时，OEx为“0” (低电平)； 当VOEx14 V时，OEx为逻辑“1”(高电平)； 当VINx05 V时，INx为逻辑“0” (低电平)； 当VINx14 V时，INx为逻辑“1” (高电平)。4 结束语ISL54230的每个DPDT开关单元均可用逻辑输入信号进行独立控制。这种灵活的配置方法能够对内部芯片和外部连接器引脚之间的USB、UART、蓝牙物理层的PCM、SIM卡电源数据和音频信号进行切换和路由。特别是，ISL54230能够让双基带芯片访问两个SIM卡中的其中一个，同时把未用SIM卡的电源关闭，以使其进入零功耗状态。因此，ISL54230无疑是用于手机的理想开关连接器件。