實現(xiàn)智能手機USB 2.0端口共享的方案

4G手機的最新趨勢是在手機中集成兩個處理元件，同時訪問USB端口。對于這種應用，一個比較好的選擇是采用集線器。不過麻煩在于USB集線器的接線通常是電容性的，功耗相當大；而另一方面，同時訪問USB端口的機會又不多。圖2所示為這種手機的一種設(shè)計方法，其中，3G通信處理器必需與4G處理器分開來單獨訪問USB端口。通過一個隔離開關(guān)（FSUSB31），并采用極短的PCB引線，可以盡量減小電容。這樣一來，在從3G通信處理器到USB主設(shè)備的路徑上，一個高速發(fā)射USB數(shù)據(jù)眼（data eye）與USB規(guī)范相比有很大的裕量。在這個例子中，應用處理器控制USB 3:1多路復用開關(guān)，當后者在待機模式下處于低電狀態(tài)時，它可以讓自己的控制線路上的上拉和下拉電阻連接到默認的應用處理器。

　　圖2：多路復用USB 2.0開關(guān)和帶隔離開關(guān)的集線器應用。

　　上述功能可通過開關(guān)來實現(xiàn)，上電時其功耗極小，禁用時功耗幾乎為零。在圖2所示的4G手機應用中，F(xiàn)SUSB63始終上電，耗電量只有幾微安。同時，在圖1所示的應用中，當功率管理IC在待機模式下關(guān)斷FSUSB63時，其耗電量降至1微安以下。

　　對于大多數(shù)集成電路而言，高速和低功耗一般是一對相互矛盾的特性。能夠兩者兼具的解決方案常常需要降低電壓，并使用精細的幾何工藝尺寸；然而，USB規(guī)范要求的是高電壓信號。在性能穩(wěn)健的手機設(shè)計中，D+和D-信號能夠承受至5V VBUS信號線的短路，故限制了低電壓解決方案。不過，最近推出的低功耗電荷泵USB開關(guān)解決了這個問題，并滿足嚴苛的USB發(fā)射眼圖要求，如圖3所示。事實上，無需對架構(gòu)或所選器件做任何修改，大多數(shù)這類設(shè)計的工作速率就能夠達到高速USB數(shù)據(jù)速率（> 1 Gbps）的兩倍以上。

　　圖3：高速USB 2.0發(fā)射眼圖。

　　要通過USB開關(guān)從一個處理器切換到另一個處理器，首先需要斷開所有路徑，然后留有足夠的時間，以確保USB主設(shè)備端口控制器能夠識別出某個斷開，并切換到其它路徑；這樣，可以允許主設(shè)備復位，并對新的USB設(shè)備進行重新設(shè)置。這一切都是采用軟件在手機上完成，并需要軟件工程師參與，根據(jù)所選硬件的限制條件編寫軟件。不過，目前較先進的USB開關(guān)允許更多地使用便攜式設(shè)備軟件，故前面提到的方式正逐漸被淘汰。這是因為這些USB開關(guān)的選擇控制信號發(fā)生任何變化，都會在一段預定的時間內(nèi)自動啟動斷開連接。該時間由USB 2.0高速規(guī)范決定，以便于USB主設(shè)備識別斷開，然后內(nèi)部產(chǎn)生新的連接。