便攜式設(shè)計(jì)中I/O端口共享的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)
加入技術(shù)交流群
在便攜式設(shè)備中，和UART (通用異步收發(fā)器) 信號通道共享USB I/O接口是很常見的。設(shè)計(jì)人員為此采用了模擬開關(guān)，如圖1所示。
圖1
UART接口用于系統(tǒng)軟件更新，故用戶一般將很少使用這一功能，從而避免了外部I/O連接器占用空間與增加額外的成本。為了便于調(diào)試和開發(fā)起見，設(shè)計(jì)人員通常寧愿讓這類應(yīng)用與USB端口共享數(shù)據(jù)通道。
另一個(gè)流行趨勢是在USB信號和音頻信號間共享微型USB連接器。圖2顯示了最常用的應(yīng)用共享方式。
圖2
在這個(gè)應(yīng)用中，負(fù)信號將經(jīng)由電容的音頻信號路徑之后出現(xiàn)。但普通的單電源系統(tǒng)無法接收負(fù)信號，這可能會引起預(yù)想不到的泄漏或損害。在某些情況下，模擬開關(guān)能夠耐受負(fù)信號而不會崩潰，但信號的負(fù)擺動(dòng)會產(chǎn)生無法預(yù)料的通道串?dāng)_，大幅降低OFF隔離性能，甚至可能致使應(yīng)該關(guān)閉的通道處于打開狀態(tài)。
圖3
低功耗穩(wěn)健I/O設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)
UART/USB共享應(yīng)用存在一個(gè)隱憂，即信號電平有可能超過內(nèi)部系統(tǒng)的電源電壓。電池供電設(shè)備電源的I/O電壓通常可達(dá)3.3V。如果我們把這個(gè)I/O電壓用作模擬開關(guān)的電源，則USB低速/全速信號電平在3.0到3.6V間，這時(shí)就存在系統(tǒng)工作時(shí)輸入信號電平超過電源電壓的風(fēng)險(xiǎn)。另一個(gè)問題是，如何在系統(tǒng)處于“斷電”狀態(tài)時(shí)對系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。通常，這需要一個(gè)穩(wěn)定的電源以實(shí)現(xiàn)模擬開關(guān)的高阻抗?fàn)顟B(tài)。
針對這些問題有兩種解決方案。其一是把電池電源用作模擬開關(guān)VCC，但這依賴于系統(tǒng)的放電極限，亦即若系統(tǒng)允許電池放電電壓在3.6V以下 (不幸的是往往如此)，則第一個(gè)問題還是沒有得到解決。此外，在大部分時(shí)間里，電池電源電壓都高于系統(tǒng)的I/O電壓 (3.3V)，這意味著邏輯選擇引腳的電平可能大大低于電源電壓，可能導(dǎo)致很大的電流泄漏產(chǎn)生。所以，為了防止電流泄漏，邏輯選擇引腳中需要增加一個(gè)電平移動(dòng)IC。圖4例示了這一點(diǎn)。
圖4
第二種解決方案如圖5所示。
圖5
評論