為了滿足GSM/GPRS以及3G(第三代)多模式蜂巢式電話和其他攜帶型產品的功能合併需求，高性能類比開關應運而生，這是最重要的元件之一，能協助設計人員降低成本、節省空間，並同時滿足不同的功能需要...
為了滿足GSM/GPRS以及3G(第三代)多模式蜂巢式電話和其他攜帶型產品的功能合併需求，高性能類比開關應運而生，這是最重要的元件之一，能協助設計人員降低成本、節省空間，並同時滿足不同的功能需要。具有高頻寬和低插入損耗特性的類比開關已廣泛用於高端蜂巢式電話的設計中，能以低微的總諧波失真 (THD)傳送音頻信號，並以最小的抖動和邊緣失真傳送USB信號。本文將探討蜂巢式電話應用對類比開關的特殊要求，以協助設計人員選擇合適的類比開關。此外，本文還將介紹減少非線性失真、偏斜和回波損耗的方法，從而加快設計速度。
大多數標準蜂巢式電話設計使用單位元單刀雙擲(SP/DT)開關，對外部和內部32O hm揚聲器或其他音頻處理單元之間的基頻語音信號進行多路信號分離。由於蜂巢式電話和攜帶型電子產品日趨小型化，為了滿足印刷線路板空間受限的要求，小型封裝變得尤為重要。
在攜帶型電子產品中，功耗永遠是重要的考慮因素。為了降低功耗，通常使用低導通電阻(RON)開關以減少插入損耗。但是，如果只注重RON而不綜合考慮 RON和總諧波失真(THD)的平衡，就會對音頻設計人員造成誤導。例如，對於前端接有放大器的32Ohm揚聲器而言，超低的導通電阻(遠低於最大值1 Ohm)對於優化設計並非必要，原因有2，首先，放大器增益可以補償由稍高導通阻抗引起的插入損耗；其次，如果選擇了超低的RON，通常會產生導通電容大幅增加的問題。類比開關的導通電容和RON平坦度均會引起音頻信號的非線性失真，即總諧波失真。
THD在這裏是重要的考慮因素，尤其在音頻放大器之前切換音頻信號時，存在THD雜訊增大的風險。在任何實際設計中，均應考慮在音頻信號保真度和可能降低的功耗之間進行折衷權衡。此外，較高的導通電容常常伴隨著較大的電荷注入，它會在揚聲器關閉時引起「爆音」雜訊。此例中，重要的是使用了低電阻的類比開關圖1，導通電阻少於1.35 Ohm最大值，典型THD為0.002%左右。最佳化的THD以及優良的插入損耗性能使這些開關成為蜂巢式電話設計的理想選擇，特別適合具有嚴格音頻保真要求的蜂巢式電話設計。
雙位元單刀雙擲(SP/DT)開關在使用身歷聲音樂作為振鈴功能的高端蜂巢式電話設計中十分有用。如圖2所示，來自基頻處理器的振鈴和語音信號共用一個內部揚聲器。此處的振鈴信號一般來自和諧振鈴發生器，由處理器的數位輸出驅動，保證當用戶講話時振鈴功能關閉。由於音樂晶片具有左、右音頻聲道輸出，建議使用具有低THD和低導通電阻的雙SP/DT開關，以實現高傳真音頻信號切換。
由於大多數3G蜂巢式電話設計具有合併功能的特點，基頻處理器製造商正轉向USB On the Go (USB OTG)，以便更好地利用OTG的能力直接與周邊接駁。在此應用中，具有低偏斜和高頻寬的雙SP/DT類比開關，能夠以最小的邊沿失真切換USB信號。此外，類比開關具有共用USB和基頻處理器UART介面之間的連接器的能力，適合選用不同的電纜。同樣地，在智慧蜂巢式電話設計中，基頻處理器和PDA處理器的USB I/O可以借助雙SP/DT類比開關，共用相同的連接引腳，完全符合USB 1.1和USB 2.0的低速和全速規範。
圖3所示為工作於12Mbps、額外的相位抖動(峰至峰)僅為1.25ns的全速模式USB開關的交流波形。USB開關產生的單位間隔抖動小於2%UI，不會影響驅動器一側的相位抖動要求。超低的RON平坦度(0.2 Ohm)和差分通道電阻有助於減少低傳播延遲差異，最終可確定抖動將降至最低。其傳播延遲也很低，這對於D+和D-線路的偏斜影響微乎其微，幾乎為零。超低的RON平坦度有助於將信號上升和下降時間的不一致性保持在USB規範的10%範圍內。
在雙頻段(GSM900和DCS1800)蜂巢式電話應用中，每個頻段要求接收器在一定的鎖定時間內，鎖定於不同的頻率上(900MHz和 1800MHz)。在圖4中，2個被動類比RC濾波器共用一個數位式相位/頻率檢測器。低通濾波器的頻寬會影響VCO輸出鎖定於參考頻率所花費的時間。在封閉迴路系統中，不同RC網路之間的切換會產生不同的頻寬值，因而形成不同的動態行為，如鎖定時間、阻尼比和輸出時脈雜訊。因此，在這種應用中應該選用導通電阻低、啟動時間短的類比開關，以避免可能出現的信號損耗和動態環路干擾。
對於USB信號的傳送，設計人員可採用某些技巧，利用類比開關加快PCB設計過程。首先應將差分信號的電路板引線條長度差異降至最小，以最佳化通道之間的偏斜，從而進一步降低可確定的抖動。此外，開關應佈置在USB驅動器輸出的附近，作為驅動器輸出的集總負載。這種佈局有助於減少反射或回波損失，並改善 EMI性能。建議使USB驅動器和連接器之間的線路板引線長度最小化，以獲得最佳的信號完整性，否則，引線的電感可能會與開關的導通電容共同作用，降低諧振頻率，減小資料通路的頻寬。這樣會減緩信號邊緣，造成更大的附加抖動。為了將靜態功耗降至最小，建議使用選擇控制信號進行0至VCC的切換。
3G蜂巢式電話的功能正以極速的步伐增加，包括MP3播放器、身歷聲 FM收音機、PDA和電視等功能的聚合，而對小型封裝和低壓工作功能類比開關的需求將持續增長。在設計中採用類比開關為硬體共用及音頻或視頻信號處理，傳送類比或數位信號，能受益於類比開關的低導通電阻和低THD特性。高頻寬的智慧開關將繼續為市場服務，提供比功耗較大的主動開關更少的功耗。