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智能手机用八通道模拟开关ISL54230及其应用

发布时间:2017-11-15 09:22  来源:网络整理

  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+2.0~十5.5 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 2.0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、USB/UART/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 2.0高速(480 Mbps)和全速(12 Mbps)数据速率;

  ◇可提供满足USB 2.0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1.8 V电压(+2.7~+3.6 V电源电压);

  ◇可对开关提供高达+5.5 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;

  IN1~IN4:分别为l~4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6Ω开关通道3和通道4的公共A端;

  COM_3B,COM_4B:分别为1Ω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USB2.0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。

  

  3.1 开关控制

  ISL54230包含四个开关,可通过USB2.0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 Ω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 Ω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2.7~3.6 V时,ISL54230的引脚逻辑0应小于0.5V电压,引脚逻辑l则应大于1.4 V,因此,芯片的所有1.8 V逻辑引脚均可兼容到+3.3 V电源。

  3.2 上电顺序及复位保护

  ISL54230可以工作在2.0~+5.5 V的电源电压下,而对于USB应用,其电源电压范围应为+3.0~+5.5 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0.0l~0.1μF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1.4 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1.3 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+2.0~+5.5 V,虽然在2.0 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。

  3.3 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5.5 V时.其传输信号高于+5.5 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 USB2.0模式下的5.25V 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。

  3.4 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3.0 V电源,这些开关在6 Ω标称阻抗时,具有OV~400mV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。

  3.5 逻辑控制引脚设计

  ISL54230带有OE1、OE2和IN1~IN4等六个逻辑控制引脚。IN1~IN4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VOEx≤0.5 V时,OEx为“0” (低电平);

  当VOEx≥1.4 V时,OEx为逻辑“1”(高电平);

  当VINx≤0.5 V时,INx为逻辑“0” (低电平);

  当VINx≥1.4 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。

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