基于智能手机用八通道模拟开关ISL54230及其应用方案

摘要：ISL54230是Intersil公司生产的新型四通道双极双掷(DPDT)模拟开关，该器件带有良好的ESD保护功能，可广泛用于蜂窝／移动电话、PDA、数码相机和摄像机、USB／UART／音频开关等。文中介绍了ISL54230的主要特点、引脚功能和应用方法，给出了ISL54230的典型应用电路。

O 引言
    ISL54230是Intersil公司生产的新型四通道双极双掷(DPDT)模拟开关，它采用+2．0～十5．5 V单电源工作。该芯片内部包括有可配置成4个DPDT单元的8个单极双掷(SPDT)开关，每个DPDT单元均可用逻辑输入信号进行独立控制。通过这种灵活的配置能够在内部芯片和外部连接器引脚之间进行USB、UART、以及用于蓝牙物理层的PCM、SIM卡电源，数据和音频信号的切换和路由。特别是，ISL54230能够使双基带芯片访问两个SIM卡中的其中一个，同时把未用SIM卡的电源关闭而进入零功耗状态。另外，通过ISL54230的双端口USB 2．0高速2：1复用器，还可使USB连接器与多个基带的多媒体处理器芯片进行连接。

1 ISL54230的主要特点
    ISL54230小尺寸，设计灵活，可使设计者对双模、双待操作的手机中的不同类型信号的路由进行优化，故可广泛用于蜂窝／移动电话、PDA、数码相机和摄像机、USB／UART／音频开关等信号的连接。ISL54230的关键技术特性如下：
    ◇每个端口都支持USB 2．0高速(480 Mbps)和全速(12 Mbps)数据速率；
    ◇可提供满足USB 2．0标准的短路和过压保护功能。无需额外的外部器件；
    ◇可进行高速UART和PCM数据线切换以及轨到轨模拟信号的切换；
    ◇兼容1．8 V电压(+2．7～+3．6 V电源电压)；
    ◇可对开关提供高达+5．5 V的过压保护；
    ◇双口输出控制可提高应用的灵活性和易用性，当闲置时，可选择性地对开关进行关闭；
    ◇所有信号引脚均可承受大于8kV的静电放电。以便在SIM卡插入和移出时，保护系统免受ESD危害；
    ◇操作温度范围为-40℃～+85℃。

2 ISL54230的引脚功能

    ISL54230开关芯片采用TQFN小型封装，图1所示是其引脚排列图。图2为其内部连接功能图。芯片各引脚的功能如下：
    OE1，OE2：分别为1、2通道开关的使能控制端；
    IN1～IN4：分别为l～4通道开关输入选择端；
    COM_lA，COM_2A：分别为HS开关通道l和通道2的公共A端；
    COM_1B，COM_2B：分别为HS开关通道1和通道2的公共B端；
    COM_3A，COM_4A：分别为6Ω开关通道3和通道4的公共A端；
    COM_3B，COM_4B：分别为1Ω开关通道3和通道4的公共B端；
    NC_1A(B)～NC_4A(B)：8个常闭开关端；
    NO_1A(B)～NO_4A(B)：8个常开开关端；
    VDD：电源端口；
    GND：接地端。

3 ISL54230的应用
    ISL54230是一个多协议交换机，它包含8个开关，可配置成四个双刀双掷开关。它的每一个双刀双掷开关都可由一个独立逻辑引脚来控制。ISL54230有四个开关，可通过USB2．0接口方式传递模拟或数字音频信号。FSL54230有36球栅WLCSP封装和32引脚TQFN封装，可用于手机和PDA等小尺寸应用。图3所示是：ISL54230的典型应用电路。

3．1 开关控制
    ISL54230包含四个开关，可通过USB2．0接口模式全速和高速传输模拟／数字信号。USB开关能以最小的波形和相位失真来传输高带宽的USB标准信号(480 Mbps)。其中1 Ω开关是传输8 MHz带宽信号的理想开关，由于其开关阻抗很低，因而可大大降低功耗；而6 Ω开关则是传输音频或数据信号的最好选择，其带宽高达100 MHz，同时可保持较低的RON THD性能。
    除了可用4个独立的逻辑控制引脚来控制每一个双刀双掷开关外，ISL54230还包含两个OE逻辑引脚。通过OE引脚的控制，可为用户提供高
度灵活的信号路由开关。此外，当供电电压范围为2．7～3．6 V时，ISL54230的引脚逻辑0应小于0．5V电压，引脚逻辑l则应大于1．4 V，因此，芯片的所有1．8 V逻辑引脚均可兼容到+3．3 V电源。
3．2 上电顺序及复位保护
    ISL54230可以工作在2．0～+5．5 V的电源电压下，而对于USB应用，其电源电压范围应为+3．0～+5．5 V，以确保适当的USB数据线信号电平。此外，还应在电路的工作电源引脚连接0．0l～0．1μF的去耦电容，以滤除电源噪声。
    适当的上电顺序可保护ISL54230不会出现故障。ISL54230内部集成有上电复位(POR)电路，可防止电源电压在达到1．4 V以前提前打开电路开关。事实上，ISL54230有一个100 mV的滞后，因此，只有在电源电压跌破1．3 V时，ISL54230才关闭电路。该滞后功能可防止开关的输入信号在还没有传递到输出设备时，工作电压就已经达到复位条件，从而保证开关信号的完整。
    通过复位电路还可在IC电压降低到复位门限以下时，对开关提供保护。因此，建议电路的电源电压范围为+2．0～+5．5 V，虽然在2．0 V的电源电压下，器件仍然可以工作，但是，复位门限和电源电压之间的噪声容限将会减少。这样，瞬态电压就可能触发复位而使器件意外关闭。
3．3 过压过流保护
    ISL54230具有过压保护功能。该器件内含ESD保护二极管，可为端点到地之间提供一个偏置通路。当开关器件端口上的负压较大时，通过
这些二极管可以释放较大的ESD电流，从而起到ESD保护的功能。因此，ISL54230端口上的信号不应为负压，也就是说，不能超过ISL54230的
“绝对最大额定值”。
    当ISL54230的电源电压小于ESD保护电路许可的5．5 V时．其传输信号高于+5．5 V并无多大不良影响，ISL54230的ESD保护功能可允许信号电压超出工作电源VDD，它不会在开关电路上诱导较大的电流，因此这一功能适用于USB2．0模式下的5．25V Vbus短路线到USB信号线的短路保护。
    应当注意，当电源电压高于复位门限且VBUS发生故障时，如果逻辑控制引脚设置为开启状态。那么，VBUS信号将被传递到开关的其他端口。
3．4 USB开关设计
    ISL54230的4个USB FS和HS的开关均为双向模拟开关，可以最小的失真来轨对轨地传输信号。对于一个3．0 V电源，这些开关在6 Ω标称阻抗时，具有OV～400mV的信号范围。低电容和高带宽使其成为USB应用的理想选择。他们是专门设计用于传输USB FS(12 Mbps)和USB HS(480
Mbps)差分信号的。
3．5 逻辑控制引脚设计
    ISL54230带有OE1、OE2和IN1～IN4等六个逻辑控制引脚。IN1～IN4可独立控制每个双刀双掷开关和两个OEX使能脚。这些逻辑控制引脚可以确定这个开关的状态。其中OE控制引脚的真值表如表1所列。表2是其输入选择真值表。这两个表给出了ISL54230的引脚开关控制操作方法。

   当OEx控制引脚为逻辑低电平时，开关在COM2x和COM3x在IN2和IN3的控制下分别处于开关触发状态。当OEx控制引脚为逻辑高电平时，所有的开关状态都在INX的控制下触发开关状态。其他开关的状态均可以此为例并依照表1和表2进行设置。
    ISL54230的逻辑控制电平如下：
    当VOEx≤0．5 V时，OEx为“0” (低电平)；
    当VOEx≥1．4 V时，OEx为逻辑“1”(高电平)；
    当VINx≤0．5 V时，INx为逻辑“0” (低电平)；
    当VINx≥1．4 V时，INx为逻辑“1” (高电平)。

4 结束语
    ISL54230的每个DPDT开关单元均可用逻辑输入信号进行独立控制。这种灵活的配置方法能够对内部芯片和外部连接器引脚之间的USB、UART、蓝牙物理层的PCM、SIM卡电源／数据和音频信号进行切换和路由。特别是，ISL54230能够让双基带芯片访问两个SIM卡中的其中一个，
同时把未用SIM卡的电源关闭，以使其进入零功耗状态。因此，ISL54230无疑是用于手机的理想开关连接器件。