面向新興便攜式市場的獨特信號路徑解決方案

引言

由于新興終端市場的要求，如今專用信號路徑產品在3G和功能/智能手機應用中找到越來越多的用武之地。這些應用都需要更高吞吐量的視頻及USB數據。本文將針對這種需求介紹幾種獨特的應用解決方案，并給出一些有利于縮短設計周期，加快終端產品上市速度的設計建議。

應用實例

通過專用充電器插件檢測進行USB充電器OVP符合性測試

隨著市場向集充電器和數據連接功能于一體的單USB連接器方向發(fā)展，專用USB器件不論在充電器檢測，還是提供出色的信號完整性方面都擁有巨大的潛力。新出臺的中國式USB充電器標準要求在VBUS 充電器輸入電壓達到6V時提供過壓保護。該標準要求器件在VBUS 輸入欠壓的情況下也能夠檢測UVP閾值。在這些應用中，充電器檢測功能也是一項關鍵特性，能夠檢測標準充電器D+ 和 D- 線之間的短路情況。基于這種檢測，內核芯片可以選擇限制充電器電流的大小?，F在可以有許多方法實現充電器檢測功能，如分立式解決方案，使用基帶處理器的內部A/D轉換器資源。但這些解決方案在寄生電容方面都有局限性，如果分立式檢測IC直接連線在D+/D- 線上 (輸入柵極電容通常>3pf)。

圖1所示為針對這種設計挑戰(zhàn)而精心設計的解決方案。首先，該產品不僅能夠高效檢測充電器D+/D- 總線間是否“短路”，而且在數據模式下可以容忍所有可能的偏差，尤其是在長電纜應用中。其次，這種器件在D+/D- 檢測端的輸入電容很低(通常1.5 pf)，為數據模式下的 USB2.0 高速信號開關提供了很大的優(yōu)勢。這對于有效計數和眼圖開啟度符合USB 2.0標準十分重要。這類應用所需的附加特性包括集成開/關充電器路徑的功率開關，以及必需的VBUS輸入過/欠壓保護。對于這種應用，建議所使用的開關盡可能地靠近USB控制器輸出，以減小信號反射，獲得最佳眼圖開啟度。而且，設計人員可以通過調節(jié)控制器輸出端的偏壓電阻來獲得出色的眼圖開啟度。

圖1 USB 2.0高速應用中帶有充電器檢測功能的USB過/欠壓保護IC

電視電話的USB連接共享

如上所示，單USB連接器電話正逐漸成為市場的主流趨勢，而普遍應用在于充電器和數據線纜應用當中。市場上用于移動視頻廣播的電視電話的快速流行勢頭更是有力佐證。這種電視輸出格式一般采用復合視頻格式 (CVBS)。由于總視頻負載通常為150? (包括電視輸入端的遠端75?端接電阻)，許多便攜式編碼器的最大電流輸出能力都很有限，因此需要額外的視頻濾波器/驅動器功能，然而輸出引腳數目是有限的 (USB 連接器有5個引腳)。在這種情況下，如何共享有限的引腳高效多路傳輸那些輸出信號，同時在不同工作模式下都不影響信號完整性，成為了設計人員的艱巨挑戰(zhàn)。這些工作模式包括帶麥克風輸入的語音通信模式、帶音頻L/R 通道的MP3輸出模式、有源D+/D- 線路通信的USB數據模式 (要求線路之上的寄生電容超低)，以及有或無 (取決于是照片還是視頻播放) 音頻輸出的視頻模式。圖2所示單個IC就可以解決所有這些設計難題，它可對麥克風路徑、音頻輸出路徑和視頻輸入/輸出路徑及USB數據總線進行高效路由，彼此之間不產生干擾。其中音頻路徑 (L 和 R) 必須能夠處理耳機高達39mW的負信號。這樣建議采用AC耦合視頻輸出，可以把DC功耗降至最低，節(jié)省便攜式應用設備的待機功率。

圖2 電視電話設計中的USB連接器共享應用

3G應用的雙相機應用

隨著3G技術日漸成熟，電視電話將具有傳輸速率更快的強大的視頻會議功能。這種功能需要一個用于個人照片拍攝的高分辨率相機，以及一個用于視頻會議的較低分辨率相機。對于翻蓋式或旋轉式手機設計，由于基座一側有兩個處理器 (基帶處理器和應用處理器)，剩余的物理空間有限，故兩個相機模塊可能都位于翻蓋一側。這樣，如果布局不當，布線可能加倍，從而給設計人員帶來巨大的挑戰(zhàn)。對于相機模塊，若在非工作模式和節(jié)電模式下無高阻抗狀態(tài)，這也是一個十分令人頭痛的設計問題。圖3所示的解決方案采用新興的并聯-串聯技術，是這類應用的絕佳選擇。圖中，手機的翻蓋一側有兩個串行器，基帶一側有一個串行器。在相機模塊和基帶一側之間，通過手機鉸鏈的線纜總數減至最多3對差分線纜。串行器把所有并行YUV數據轉換為高吞吐量的串行接口信號，解串器把串行數據/時鐘信號解碼還原為并行格式，再饋入應用處理器相機I/O。串行線路上有一個專用高性能開關，用于不同模式、照片模式或視頻會議模式間的高效切換。這種開關的大帶寬特性和通道間偏差超低的優(yōu)勢有利于實現最佳切換。該器件可處理高吞吐量差分信號，而且由于傳輸延時小，不會產生設置/保持時間問題。在這類應用中，還需特別注意串行線路布局長度相同。建議在差分線路上盡量減少通孔數量，以避免差分數據路徑的阻抗變化。而對于快速像素時鐘和高數據率的高分辨率相機，差分信號阻抗匹配對實現高信號完整性十分重要，尤其是在高數據吞吐量條件下。

圖3 雙相機應用中獨特的μSerDesTM 和大寬帶開關

總結

本文列舉了數種獨特的應用場景，闡述市場對能夠解決這些設計難題的專用音頻/視頻USB外設IC的強勁需求。隨著市場迅速向更快速上行/下行鏈路和更高清晰度音頻/視頻內容方向發(fā)展，便攜式應用將需要越來越多具有這類特性的IC，尤其是在便攜式產品設計周期縮短很多的亞洲國家，需求將更盛。