便携式产品设计中,模拟开关一直以来都主要是作为音频信号切换器来使用。随着双卡双模手机的普及,模拟开关成了双卡切换必备的选择;最新的数字电视 DVB,CMMB 等在一定的条件下也需要使用模拟开关。那么选择这些开关时需要注意哪些设计问题呢?
 
在便携式产品设计中,模拟开关一直以来都主要是作为音频信号切换器来使用。随着双卡双模手机的普及,模拟开关现在已成了双卡切换的必备选择。最新的数字电视 DVB、CMMB 等应用在一定条件下也需要使用模拟开关。本文重点阐述为便携式产品选择模拟开关时需考虑的设计参数和关键事项。
 
低导通电阻是模拟开关在音频切换用途时的主要选择因素。值得注意的是,导通电阻是针对具体的 VCC 、VIN(电压输入)及给定负载电流而定义的。在晶体管级,RON 为器是长度(L)、宽度(W)、电子与空穴迁移率、氧化层电容、门限电压及信号电压的函数。如下所示:
 
 
RON 会随着电源电压的增加而减小。图 1 显示了上海英联电子科技有限公司(下文简称英联电子)的 UM4684 在不同电源电压上测得的 RON。导通电阻平坦度(RFLAT)即表示 RON 随着 VIN 在 0V 至 VCC 或 V- 至 V+)间变化而变化的情况,它是引起 THD 的主要原因。
 
 
隔离度是用来衡量开关导通通道与关闭通道之间的“噪声”的指标。它在指定频率上测量,是关闭通道输入与输出之间的耦合。串扰是模拟输入通道与另一通道之间的交叉耦合,有两种形式:邻近通道与非邻近通道。这两种参数都以 dB 表示。在电路设计中通常是一起考虑串扰、隔离度与带宽指标。虽然某些模拟开关的输入带宽高达数百兆赫,但其带宽指标本身的意义并不大,因为高频下的关断隔离度和串扰都明显变得更糟糕。
 
例如,在 1MHz 频率下的典型开关关断隔离度为 70dB,典型的串扰为 -85dB。由于这两项指标都按 20dB/+倍频下降,所以在 100MHz 频率下,关断隔离度下降为 30dB,而串扰增加到 -45dB。因此,仅仅考虑带宽是不够的,必须考虑在高频工作条件下这两项指标是否都能满足应用要求。
 
便携式产品通常由电池供电,因此功耗是选择模拟开关时的一个重要考虑因素。大部分便携式系统需要多种不同的供电电压。模拟开关的供电可能来自于电池或经过电源管理模块调节过的电源输出,开关的控制输入信号也可能来自于电源电压不同的 ASIC。当控制输入电压等于 0 或 VCC 时,CMOS 控制电路的功耗非常低。
 
但对模拟开关而言,只要控制信号输入电平保持在大于 VIH 最小值或者小于 VIL 最大值,开关便会识别控制信号的高低电平。此时控制电压离 0 和 VCC 越远,功耗越大,如图 2 中的红色曲线所示。更新的 ASIC 设计逐步走向更小几何尺寸的工艺,这限制了它们的电压裕量,因此在新的系统设计中,驱动控制管脚的电压不再等于模拟开关的供电电压。如果使用普通的模拟开关,开关电流消耗通常大于 1mA,这将导致过多功耗。
 
对于某些开关,电流消耗甚至高达几毫安,对功耗敏感的便携式设备而言,这样的功耗是无法接受的。大多数标准模拟开关的产品说明书只给出了典型情况下(即开关输入控制信号的高电平与开关供电电压一致)的功耗指标,这容易让设计工程师感到混淆,他们会惊奇地发现在低压 ASIC 设计中的模拟开关竟有几毫安的漏电流。英联电子的模拟开关改善了控制电路的输入缓冲器,只要芯片的控制输入电压大于 VIH 或小于 VIL 内,而不是等于 0V 或 VCC,也能保持非常小的功耗。从图 2 可看到采用该技术的英联电子 UM3157 模拟开关与普通的同系列模拟开关在 ICCT 上的显著区别。