2024年10月30日发(作者：由思懿)
专题特写：模拟及数字ｌ Ｃ
＿
超便携应用从Ｕ Ｓ Ｂ２．０和音频开关过渡
到多媒体开关
功能、功能、更多的功能！这是最
近几年超便携电子产品市场的主题。将
音频和数据源复用到ＵＳＢ数据线上已
经成为自然的趋势。此外，随着视频／
ＴＶ功能加入便携电子产品，还需要针
对每一种数据源进行多媒体开关的优
化。针对ＵＳＢ优化的开关是实现数据通
道信号路由的首选解决方案。对音频和
ＵＳＢ通道来说，需要考虑一些不同的、
相互排斥的特性，包括负电压音频信
号。将这些信号通道组合起来并维持良
好的完整性和性能，是系统设计的一个
有意义的挑战。但是受到技术功能、应
用系统速率和环境的限制，设计技术的
效果将取决于几个方面的因素，包括应
用的数据传输是高速（４８０Ｍｂ／ｓ）还是全
速（１２Ｍｂ／ｓ），音频数据信号是否有负电
压，视频内容是否为流媒体（实时）。下一
代开关针对不同数据通道特性（ＵｓＢ、
音频和视频）进行优化且采用单一封装，
是这些多媒体应用的理想解决方案。
本文讨论从ＵＳＢ、音频和视频开关
过渡到多媒体开关的问题，并讨论一些
关键功能特性和权衡问题，如提高ＥＳＤ
保护能力、减少外按部件，以及保持功
能性水平，从而维持下一代ＵＳＢ２．０应
用的高性能。
由于最普遍的功能需求趋势之一是
向ＭＰ３播放器或具有ＭＰ３功能的手机
下载音乐，因此我们将首先讨论ＵＳＢ；ｆＮ
音频数据通道。最初使用的是全速
ＵＳＢ２．０，但现在希望下载速度更快，在
给定时间内下载更多的音乐内容，因而
转用高速ＵＳＢ２．０（４８０Ｍｂ／ｓ）进行数据
传送。
将ＵＳＢ２．０和音频数据通道组成一个共
享连接器
图１所示为较旧的架构，其中，
ＵＳＢ２．０通道和音频数据通道是分离的，
而且与外部的接口是通过独立的信号引
脚（可能是通过专门的连接器）来实现的。
这种架构在过去很长一段时间都能满足
应用要求，但随着超便携产品集成的功
能越来越多，就需要多路复用数据通道。
对音频设备的ＴＨＤ（总谐波失真）来说，
首选是导通电阻（Ｒ。 ）低（０．３～０．６ Ｑ），
Ｒ。 的频率响应曲线（Ｒ ）平坦。按此
标准，导通电容（ｃ。 ）可能较高，从而影
响ＵＳＢ２．０数据传送。图１所示的ＣｏＮ、
Ｃ。 和Ｒ。 数值是较旧产品中某些开关
的典型特性。
飞兆半导体公司Ｇｒａｈａｍ ＬＳ Ｃｏｎｎｏｌｌｙ
在ＵＳＢ２．０条件下，Ｃ。 成为更主
要的因素。因此，对于高速ＵＳＢ２．０数
据传送，应当尽可能降低Ｃ。 ，最好是
最大值低于６～７ｐＦ。减小电容值，可确
保满足ＵＳＢ—ＩＦ眼图要求。这意味着，
当增加外部ＥＳＤ（或ＴＶＳ）部件时必须小
心。为满足眼图（图２）要求，可选用较大
的Ｒ。 来降低该电容，要注意的是给
ＵＳＢ２．０眼图留下裕量。需要克服的两
难问题是确保在ＵｓＢ２．０数据传送期
间，上升沿和下降沿不至于过缓（低
ＣｏＮ），ＫＩ‘Ｒ／Ｎ，降达到最小（低Ｒ。 ）。优
良的板卡和系统设计技术对共享音频和
ＵＳＢ数据引脚很重要。而且，必须充分
考虑在控制器和连接器间添加开关产生
的插入损耗特性。
图１采用分离式连接器的早期架构
当产品设计人员考虑共享ＵＳＢ和
音频数据线时，就会发现这个电容对高
今日电子・２００８年１１月
一
一 专题特写：模拟及数字ｌＣ
速ＵＳＢ２．０数据传送非常有害。在本例
频信号。
（见图１）中，当传送高速ＵＳＢ２．０数据时，
一
量一ｊ毫ｔ，霉５
¨ ¨ ¨ ¨ 鲋 ０
直以来，音频放大器的电压放大
／、
－ｒ＿
等效电容为ｃｏ ＋ｃｏＦＦ ｕＬ】１。（４３ｐＦ），它
都是以接地为基准，在放大前要加上一
对高速眼图（见图２）影响很大。事实上， 个直流偏压（一般为Ｖ ＿１／２，以使信号振
负载此时看起来更像全速ＵＳＢ。因此，
幅和功率传输最大化）。不过，为最大限
要共享一个连接器引脚，就需要一个针
度地降低耳机的功耗，这个偏置电压要
对高速ＵＳＢ２．０优化且不影响音频通道 被隔直电容滤除。该偏置电压在大多数
．－－
釜兰三 ：：
’
薯＝＝＝‘ ：：
动态性的开关。权衡考虑，音频通道的
Ｒ。 一般应降低到２～６‘２。这样就能保
持ＵＳＢ２．０特性，并使ＣｏＮ 保持５～
６ｐＦ左右。但开关的音频Ｒ 不应太小，
因为这个输出电阻一般需要驱动一个
３２ Ｑ的耳机，因此信号衰减不能太多，
或损失开关的功率传输能力。对Ｃ 较
小的器件，虽然可在模拟开关门电路上
采用电荷泵电路之类的设计技术来降低
Ｒ ，但这对超便携应用来说并非一定
是好事，因为添加电荷泵常常会增加功
耗（３００～８００ Ａ）。
ＦＳＵＳＢ３０ Ｈｉ－Ｓｐｅｅｄ Ｅｙｅ Ｃｏｍｐｌｉａｎｃｅ Ｄｉａｇｒａｍ
图２高速ＵＳＢ开关眼图
增加负电压音频功能和自动Ｖ ｕｓ检测功能
ＭＰ３￣Ｎ超便携产品的另一个发展趋
势是省去音频通道的隔直电容（配接
３２ Ｑ阻抗耳机一般设为２２０ Ｆ）。要去
除这些电容，节省部件成本和板卡空
间，就要求音频通道能够处理负电压音
今日电子・２００８年１１月
应用中都是参照接地的数值。有了自身
产生负电压电源轨（通过电荷泵实现）的
放大器后，隔直电容就可以去掉。这种
无隔直电容的耳机驱动电路在市场上越
来越流行，仅需很小的耗电代价就可保
障音频质量。更重要的是，采用负电压
音频放大器以及能通过负电压音频信号
的模拟开关，能够提高耳机的功率传输
能力。此外，对于负电压音频信号能力，
２０Ｈｚ范围音频的频率响应更好，这是因
为没有隔直电容对负载形成的高通滤波
电路，从而使低频性能提升。在音频放
大器开／关时，隔直电容还会因同时充／
放电而产生喀嚓的刺耳声。这种刺耳声
可通过软件控制或对节点放电降低至某
一
水平，但负电压音频开关无须作这类
处理。图３和图４描述了负电压音频开
关相对于传统音频开关的优势。
将负电压音频通道与ＵＳＢ２．０通道
相结合，就会涉及到两个信号源间的隔
离问题。飞兆半导体公司的负电压音频
开关允许音频信号的振幅为一２Ｖ，因而
能确保开关器件不会造成音频信号削
波，同时也能隔离ＵＳＢ２．０信号源。
如果将Ｕ ＳＢ２．０和音频结合在一
起，最好能自动检测是否有耳机通过
ＵＳＢ电缆接入设备。在许多便携式设备
中，如果使用ＵＳＢ２．０电缆来进行连接，
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图３具有隔直电容的传统音频开关
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图４能够处理负电压信号的音频开关
产品很有可能就是总线驱动的外设
（ＯＴＧ外设除外），因而存在电压Ｖ。 。。
检测这种连接并自动设置成ＵＳＢ２．０数
据通道，正是飞兆半导体公司的
ＦＳＡ２２ｌ开关所要完成的任务（见图５）。
在这些情况下，设备自行供电，然后通
过Ａ 引脚，在ＵＳＢ２．０和音频通道之
间切换。
ＦＳＡ２２１：ＨｂＳｐｅｅｄｄｅｖｉｃｅ ＧＮＤ
图５具有负电压和自动ＶＢｕｓ检测的ＵＳＢ２．ｏ／
音频开关
2024年10月30日发(作者：由思懿)
专题特写：模拟及数字ｌ Ｃ
＿
超便携应用从Ｕ Ｓ Ｂ２．０和音频开关过渡
到多媒体开关
功能、功能、更多的功能！这是最
近几年超便携电子产品市场的主题。将
音频和数据源复用到ＵＳＢ数据线上已
经成为自然的趋势。此外，随着视频／
ＴＶ功能加入便携电子产品，还需要针
对每一种数据源进行多媒体开关的优
化。针对ＵＳＢ优化的开关是实现数据通
道信号路由的首选解决方案。对音频和
ＵＳＢ通道来说，需要考虑一些不同的、
相互排斥的特性，包括负电压音频信
号。将这些信号通道组合起来并维持良
好的完整性和性能，是系统设计的一个
有意义的挑战。但是受到技术功能、应
用系统速率和环境的限制，设计技术的
效果将取决于几个方面的因素，包括应
用的数据传输是高速（４８０Ｍｂ／ｓ）还是全
速（１２Ｍｂ／ｓ），音频数据信号是否有负电
压，视频内容是否为流媒体（实时）。下一
代开关针对不同数据通道特性（ＵｓＢ、
音频和视频）进行优化且采用单一封装，
是这些多媒体应用的理想解决方案。
本文讨论从ＵＳＢ、音频和视频开关
过渡到多媒体开关的问题，并讨论一些
关键功能特性和权衡问题，如提高ＥＳＤ
保护能力、减少外按部件，以及保持功
能性水平，从而维持下一代ＵＳＢ２．０应
用的高性能。
由于最普遍的功能需求趋势之一是
向ＭＰ３播放器或具有ＭＰ３功能的手机
下载音乐，因此我们将首先讨论ＵＳＢ；ｆＮ
音频数据通道。最初使用的是全速
ＵＳＢ２．０，但现在希望下载速度更快，在
给定时间内下载更多的音乐内容，因而
转用高速ＵＳＢ２．０（４８０Ｍｂ／ｓ）进行数据
传送。
将ＵＳＢ２．０和音频数据通道组成一个共
享连接器
图１所示为较旧的架构，其中，
ＵＳＢ２．０通道和音频数据通道是分离的，
而且与外部的接口是通过独立的信号引
脚（可能是通过专门的连接器）来实现的。
这种架构在过去很长一段时间都能满足
应用要求，但随着超便携产品集成的功
能越来越多，就需要多路复用数据通道。
对音频设备的ＴＨＤ（总谐波失真）来说，
首选是导通电阻（Ｒ。 ）低（０．３～０．６ Ｑ），
Ｒ。 的频率响应曲线（Ｒ ）平坦。按此
标准，导通电容（ｃ。 ）可能较高，从而影
响ＵＳＢ２．０数据传送。图１所示的ＣｏＮ、
Ｃ。 和Ｒ。 数值是较旧产品中某些开关
的典型特性。
飞兆半导体公司Ｇｒａｈａｍ ＬＳ Ｃｏｎｎｏｌｌｙ
在ＵＳＢ２．０条件下，Ｃ。 成为更主
要的因素。因此，对于高速ＵＳＢ２．０数
据传送，应当尽可能降低Ｃ。 ，最好是
最大值低于６～７ｐＦ。减小电容值，可确
保满足ＵＳＢ—ＩＦ眼图要求。这意味着，
当增加外部ＥＳＤ（或ＴＶＳ）部件时必须小
心。为满足眼图（图２）要求，可选用较大
的Ｒ。 来降低该电容，要注意的是给
ＵＳＢ２．０眼图留下裕量。需要克服的两
难问题是确保在ＵｓＢ２．０数据传送期
间，上升沿和下降沿不至于过缓（低
ＣｏＮ），ＫＩ‘Ｒ／Ｎ，降达到最小（低Ｒ。 ）。优
良的板卡和系统设计技术对共享音频和
ＵＳＢ数据引脚很重要。而且，必须充分
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的插入损耗特性。
图１采用分离式连接器的早期架构
当产品设计人员考虑共享ＵＳＢ和
音频数据线时，就会发现这个电容对高
今日电子・２００８年１１月
一
一 专题特写：模拟及数字ｌＣ
速ＵＳＢ２．０数据传送非常有害。在本例
频信号。
（见图１）中，当传送高速ＵＳＢ２．０数据时，
一
量一ｊ毫ｔ，霉５
¨ ¨ ¨ ¨ 鲋 ０
直以来，音频放大器的电压放大
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等效电容为ｃｏ ＋ｃｏＦＦ ｕＬ】１。（４３ｐＦ），它
都是以接地为基准，在放大前要加上一
对高速眼图（见图２）影响很大。事实上， 个直流偏压（一般为Ｖ ＿１／２，以使信号振
负载此时看起来更像全速ＵＳＢ。因此，
幅和功率传输最大化）。不过，为最大限
要共享一个连接器引脚，就需要一个针
度地降低耳机的功耗，这个偏置电压要
对高速ＵＳＢ２．０优化且不影响音频通道 被隔直电容滤除。该偏置电压在大多数
．－－
釜兰三 ：：
’
薯＝＝＝‘ ：：
动态性的开关。权衡考虑，音频通道的
Ｒ。 一般应降低到２～６‘２。这样就能保
持ＵＳＢ２．０特性，并使ＣｏＮ 保持５～
６ｐＦ左右。但开关的音频Ｒ 不应太小，
因为这个输出电阻一般需要驱动一个
３２ Ｑ的耳机，因此信号衰减不能太多，
或损失开关的功率传输能力。对Ｃ 较
小的器件，虽然可在模拟开关门电路上
采用电荷泵电路之类的设计技术来降低
Ｒ ，但这对超便携应用来说并非一定
是好事，因为添加电荷泵常常会增加功
耗（３００～８００ Ａ）。
ＦＳＵＳＢ３０ Ｈｉ－Ｓｐｅｅｄ Ｅｙｅ Ｃｏｍｐｌｉａｎｃｅ Ｄｉａｇｒａｍ
图２高速ＵＳＢ开关眼图
增加负电压音频功能和自动Ｖ ｕｓ检测功能
ＭＰ３￣Ｎ超便携产品的另一个发展趋
势是省去音频通道的隔直电容（配接
３２ Ｑ阻抗耳机一般设为２２０ Ｆ）。要去
除这些电容，节省部件成本和板卡空
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今日电子・２００８年１１月
应用中都是参照接地的数值。有了自身
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放大器后，隔直电容就可以去掉。这种
无隔直电容的耳机驱动电路在市场上越
来越流行，仅需很小的耗电代价就可保
障音频质量。更重要的是，采用负电压
音频放大器以及能通过负电压音频信号
的模拟开关，能够提高耳机的功率传输
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为没有隔直电容对负载形成的高通滤波
电路，从而使低频性能提升。在音频放
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放电而产生喀嚓的刺耳声。这种刺耳声
可通过软件控制或对节点放电降低至某
一
水平，但负电压音频开关无须作这类
处理。图３和图４描述了负电压音频开
关相对于传统音频开关的优势。
将负电压音频通道与ＵＳＢ２．０通道
相结合，就会涉及到两个信号源间的隔
离问题。飞兆半导体公司的负电压音频
开关允许音频信号的振幅为一２Ｖ，因而
能确保开关器件不会造成音频信号削
波，同时也能隔离ＵＳＢ２．０信号源。
如果将Ｕ ＳＢ２．０和音频结合在一
起，最好能自动检测是否有耳机通过
ＵＳＢ电缆接入设备。在许多便携式设备
中，如果使用ＵＳＢ２．０电缆来进行连接，
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图３具有隔直电容的传统音频开关
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图４能够处理负电压信号的音频开关
产品很有可能就是总线驱动的外设
（ＯＴＧ外设除外），因而存在电压Ｖ。 。。
检测这种连接并自动设置成ＵＳＢ２．０数
据通道，正是飞兆半导体公司的
ＦＳＡ２２ｌ开关所要完成的任务（见图５）。
在这些情况下，设备自行供电，然后通
过Ａ 引脚，在ＵＳＢ２．０和音频通道之
间切换。
ＦＳＡ２２１：ＨｂＳｐｅｅｄｄｅｖｉｃｅ ＧＮＤ
图５具有负电压和自动ＶＢｕｓ检测的ＵＳＢ２．ｏ／
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