基于智能手機用八通道模擬開關ISL54230及其應用方案

摘要：ISL54230是Intersil公司生產(chǎn)的新型四通道雙極雙擲(DPDT)模擬開關，該器件帶有良好的ESD保護功能，可廣泛用于蜂窩／移動電話、PDA、數(shù)碼相機和攝像機、USB／UART／音頻開關等。文中介紹了ISL54230的主要特點、引腳功能和應用方法，給出了ISL54230的典型應用電路。

O 引言
??? ISL54230是Intersil公司生產(chǎn)的新型四通道雙極雙擲(DPDT)模擬開關，它采用+2．0～十5．5 V單電源工作。該芯片內(nèi)部包括有可配置成4個DPDT單元的8個單極雙擲(SPDT)開關，每個DPDT單元均可用邏輯輸入信號進行獨立控制。通過這種靈活的配置能夠在內(nèi)部芯片和外部連接器引腳之間進行USB、UART、以及用于藍牙物理層的PCM、SIM卡電源，數(shù)據(jù)和音頻信號的切換和路由。特別是，ISL54230能夠使雙基帶芯片訪問兩個SIM卡中的其中一個，同時把未用SIM卡的電源關閉而進入零功耗狀態(tài)。另外，通過ISL54230的雙端口USB 2．0高速2：1復用器，還可使USB連接器與多個基帶的多媒體處理器芯片進行連接。

1 ISL54230的主要特點
??? ISL54230小尺寸，設計靈活，可使設計者對雙模、雙待操作的手機中的不同類型信號的路由進行優(yōu)化，故可廣泛用于蜂窩／移動電話、PDA、數(shù)碼相機和攝像機、USB／UART／音頻開關等信號的連接。ISL54230的關鍵技術特性如下：
??? ◇每個端口都支持USB 2．0高速(480 Mbps)和全速(12 Mbps)數(shù)據(jù)速率；
??? ◇可提供滿足USB 2．0標準的短路和過壓保護功能。無需額外的外部器件；
??? ◇可進行高速UART和PCM數(shù)據(jù)線切換以及軌到軌模擬信號的切換；
??? ◇兼容1．8 V電壓(+2．7～+3．6 V電源電壓)；
??? ◇可對開關提供高達+5．5 V的過壓保護；
??? ◇雙口輸出控制可提高應用的靈活性和易用性，當閑置時，可選擇性地對開關進行關閉；
??? ◇所有信號引腳均可承受大于8kV的靜電放電。以便在SIM卡插入和移出時，保護系統(tǒng)免受ESD危害；
??? ◇操作溫度范圍為-40℃～+85℃。

2 ISL54230的引腳功能

??? ISL54230開關芯片采用TQFN小型封裝，圖1所示是其引腳排列圖。圖2為其內(nèi)部連接功能圖。芯片各引腳的功能如下：
??? OE1，OE2：分別為1、2通道開關的使能控制端；
??? IN1～IN4：分別為l～4通道開關輸入選擇端；
??? COM_lA，COM_2A：分別為HS開關通道l和通道2的公共A端；
??? COM_1B，COM_2B：分別為HS開關通道1和通道2的公共B端；
??? COM_3A，COM_4A：分別為6Ω開關通道3和通道4的公共A端；
??? COM_3B，COM_4B：分別為1Ω開關通道3和通道4的公共B端；
??? NC_1A(B)～NC_4A(B)：8個常閉開關端；
??? NO_1A(B)～NO_4A(B)：8個常開開關端；
??? VDD：電源端口；
??? GND：接地端。

3 ISL54230的應用
??? ISL54230是一個多協(xié)議交換機，它包含8個開關，可配置成四個雙刀雙擲開關。它的每一個雙刀雙擲開關都可由一個獨立邏輯引腳來控制。ISL54230有四個開關，可通過USB2．0接口方式傳遞模擬或數(shù)字音頻信號。FSL54230有36球柵WLCSP封裝和32引腳TQFN封裝，可用于手機和PDA等小尺寸應用。圖3所示是：ISL54230的典型應用電路。

3．1 開關控制
??? ISL54230包含四個開關，可通過USB2．0接口模式全速和高速傳輸模擬／數(shù)字信號。USB開關能以最小的波形和相位失真來傳輸高帶寬的USB標準信號(480 Mbps)。其中1 Ω開關是傳輸8 MHz帶寬信號的理想開關，由于其開關阻抗很低，因而可大大降低功耗；而6 Ω開關則是傳輸音頻或數(shù)據(jù)信號的最好選擇，其帶寬高達100 MHz，同時可保持較低的RON THD性能。
??? 除了可用4個獨立的邏輯控制引腳來控制每一個雙刀雙擲開關外，ISL54230還包含兩個OE邏輯引腳。通過OE引腳的控制，可為用戶提供高
度靈活的信號路由開關。此外，當供電電壓范圍為2．7～3．6 V時，ISL54230的引腳邏輯0應小于0．5V電壓，引腳邏輯l則應大于1．4 V，因此，芯片的所有1．8 V邏輯引腳均可兼容到+3．3 V電源。
3．2 上電順序及復位保護
??? ISL54230可以工作在2．0～+5．5 V的電源電壓下，而對于USB應用，其電源電壓范圍應為+3．0～+5．5 V，以確保適當?shù)腢SB數(shù)據(jù)線信號電平。此外，還應在電路的工作電源引腳連接0．0l～0．1μF的去耦電容，以濾除電源噪聲。
??? 適當?shù)纳想婍樞蚩杀ＷoISL54230不會出現(xiàn)故障。ISL54230內(nèi)部集成有上電復位(POR)電路，可防止電源電壓在達到1．4 V以前提前打開電路開關。事實上，ISL54230有一個100 mV的滯后，因此，只有在電源電壓跌破1．3 V時，ISL54230才關閉電路。該滯后功能可防止開關的輸入信號在還沒有傳遞到輸出設備時，工作電壓就已經(jīng)達到復位條件，從而保證開關信號的完整。
??? 通過復位電路還可在IC電壓降低到復位門限以下時，對開關提供保護。因此，建議電路的電源電壓范圍為+2．0～+5．5 V，雖然在2．0 V的電源電壓下，器件仍然可以工作，但是，復位門限和電源電壓之間的噪聲容限將會減少。這樣，瞬態(tài)電壓就可能觸發(fā)復位而使器件意外關閉。
3．3 過壓過流保護
??? ISL54230具有過壓保護功能。該器件內(nèi)含ESD保護二極管，可為端點到地之間提供一個偏置通路。當開關器件端口上的負壓較大時，通過
這些二極管可以釋放較大的ESD電流，從而起到ESD保護的功能。因此，ISL54230端口上的信號不應為負壓，也就是說，不能超過ISL54230的
“絕對最大額定值”。
??? 當ISL54230的電源電壓小于ESD保護電路許可的5．5 V時．其傳輸信號高于+5．5 V并無多大不良影響，ISL54230的ESD保護功能可允許信號電壓超出工作電源VDD，它不會在開關電路上誘導較大的電流，因此這一功能適用于USB2．0模式下的5．25V Vbus短路線到USB信號線的短路保護。
??? 應當注意，當電源電壓高于復位門限且VBUS發(fā)生故障時，如果邏輯控制引腳設置為開啟狀態(tài)。那么，VBUS信號將被傳遞到開關的其他端口。
3．4 USB開關設計
??? ISL54230的4個USB FS和HS的開關均為雙向模擬開關，可以最小的失真來軌對軌地傳輸信號。對于一個3．0 V電源，這些開關在6 Ω標稱阻抗時，具有OV～400mV的信號范圍。低電容和高帶寬使其成為USB應用的理想選擇。他們是專門設計用于傳輸USB FS(12 Mbps)和USB HS(480
Mbps)差分信號的。
3．5 邏輯控制引腳設計
??? ISL54230帶有OE1、OE2和IN1～IN4等六個邏輯控制引腳。IN1～IN4可獨立控制每個雙刀雙擲開關和兩個OEX使能腳。這些邏輯控制引腳可以確定這個開關的狀態(tài)。其中OE控制引腳的真值表如表1所列。表2是其輸入選擇真值表。這兩個表給出了ISL54230的引腳開關控制操作方法。

?? 當OEx控制引腳為邏輯低電平時，開關在COM2x和COM3x在IN2和IN3的控制下分別處于開關觸發(fā)狀態(tài)。當OEx控制引腳為邏輯高電平時，所有的開關狀態(tài)都在INX的控制下觸發(fā)開關狀態(tài)。其他開關的狀態(tài)均可以此為例并依照表1和表2進行設置。
??? ISL54230的邏輯控制電平如下：
??? 當VOEx≤0．5 V時，OEx為“0” (低電平)；
??? 當VOEx≥1．4 V時，OEx為邏輯“1”(高電平)；
??? 當VINx≤0．5 V時，INx為邏輯“0” (低電平)；
??? 當VINx≥1．4 V時，INx為邏輯“1” (高電平)。

4 結(jié)束語
??? ISL54230的每個DPDT開關單元均可用邏輯輸入信號進行獨立控制。這種靈活的配置方法能夠?qū)?nèi)部芯片和外部連接器引腳之間的USB、UART、藍牙物理層的PCM、SIM卡電源／數(shù)據(jù)和音頻信號進行切換和路由。特別是，ISL54230能夠讓雙基帶芯片訪問兩個SIM卡中的其中一個，
同時把未用SIM卡的電源關閉，以使其進入零功耗狀態(tài)。因此，ISL54230無疑是用于手機的理想開關連接器件。