實(shí)現(xiàn)智能手機(jī)USB 2.0端口共享的方案

4G手機(jī)的最新趨勢(shì)是在手機(jī)中集成兩個(gè)處理元件，同時(shí)訪問(wèn)USB端口。對(duì)于這種應(yīng)用，一個(gè)比較好的選擇是采用集線器。不過(guò)麻煩在于USB集線器的接線通常是電容性的，功耗相當(dāng)大；而另一方面，同時(shí)訪問(wèn)USB端口的機(jī)會(huì)又不多。圖2所示為這種手機(jī)的一種設(shè)計(jì)方法，其中，3G通信處理器必需與4G處理器分開(kāi)來(lái)單獨(dú)訪問(wèn)USB端口。通過(guò)一個(gè)隔離開(kāi)關(guān)（FSUSB31），并采用極短的PCB引線，可以盡量減小電容。這樣一來(lái)，在從3G通信處理器到USB主設(shè)備的路徑上，一個(gè)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(gè)例子中，應(yīng)用處理器控制USB 3:1多路復(fù)用開(kāi)關(guān)，當(dāng)后者在待機(jī)模式下處于低電狀態(tài)時(shí)，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(rèn)的應(yīng)用處理器。

　　圖2：多路復(fù)用USB 2.0開(kāi)關(guān)和帶隔離開(kāi)關(guān)的集線器應(yīng)用。

　　上述功能可通過(guò)開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)，上電時(shí)其功耗極小，禁用時(shí)功耗幾乎為零。在圖2所示的4G手機(jī)應(yīng)用中，F(xiàn)SUSB63始終上電，耗電量只有幾微安。同時(shí)，在圖1所示的應(yīng)用中，當(dāng)功率管理IC在待機(jī)模式下關(guān)斷FSUSB63時(shí)，其耗電量降至1微安以下。

　　對(duì)于大多數(shù)集成電路而言，高速和低功耗一般是一對(duì)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(xì)的幾何工藝尺寸；然而，USB規(guī)范要求的是高電壓信號(hào)。在性能穩(wěn)健的手機(jī)設(shè)計(jì)中，D+和D-信號(hào)能夠承受至5V VBUS信號(hào)線的短路，故限制了低電壓解決方案。不過(guò)，最近推出的低功耗電荷泵USB開(kāi)關(guān)解決了這個(gè)問(wèn)題，并滿足嚴(yán)苛的USB發(fā)射眼圖要求，如圖3所示。事實(shí)上，無(wú)需對(duì)架構(gòu)或所選器件做任何修改，大多數(shù)這類設(shè)計(jì)的工作速率就能夠達(dá)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(guò)USB開(kāi)關(guān)從一個(gè)處理器切換到另一個(gè)處理器，首先需要斷開(kāi)所有路徑，然后留有足夠的時(shí)間，以確保USB主設(shè)備端口控制器能夠識(shí)別出某個(gè)斷開(kāi)，并切換到其它路徑；這樣，可以允許主設(shè)備復(fù)位，并對(duì)新的USB設(shè)備進(jìn)行重新設(shè)置。這一切都是采用軟件在手機(jī)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(xiě)軟件。不過(guò)，目前較先進(jìn)的USB開(kāi)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?yàn)檫@些USB開(kāi)關(guān)的選擇控制信號(hào)發(fā)生任何變化，都會(huì)在一段預(yù)定的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)啟動(dòng)斷開(kāi)連接。該時(shí)間由USB 2.0高速規(guī)范決定，以便于USB主設(shè)備識(shí)別斷開(kāi)，然后內(nèi)部產(chǎn)生新的連接。