模拟开关断电保护功能实现更稳健的系统设计
模拟开关可用于众多的应用系统中,包括手机、PDA之类的便携式手持设备以及计算机、显示器之类的消费电子设备。无论应用中涉及的是音频、视频、USB还是控制信号,系统设计人员经常都会碰到这样的情况：开关在未加电前其输入就已经出现非零信号。在输入信号过压的情况下,采用标准设计技术的模拟开关很容易在输入端上形成意外的假信号 (缺乏断电信号隔离措施) 和造成漏电流超标。由于开关在未加电时缺乏信号隔离措施,这种假信号会漏过开关,从而扰乱系统的数据采集或处理。 而电流泄漏则是个更严重的问题,会导致设备失效和产品返修。为此,飞兆半导体为其最新的模拟开关产品开发了专门的断电保护 (Power-Off Protection) 电路,使模拟开关不但能够承受过压,而且能确保在断电时保证信号隔离。本文会阐述出现这类过压的一些常见应用情形,并详细讨论标准的模拟开关如何响应这个事件。最后,本文还将从数据信号通道和可靠性的角度,探讨这种断电保护功能如何克服这些设计挑战和实现系统保护。
断电保护功能的一个示例
在数种常见的情形下,都要求模拟开关在未加电时提供信号隔离功能。其中之一是系统的上电时序,除此之外,其它的应用情形如进行热插拔和瞬时信号阻断操作,以及系统出现故障时,也都需要断电保护。在系统上电时,一些系统功能必须比另一些先上电,这通常是因为要满足不同的电压要求,故需多条内部电源走线来实现。一般来说,要取得最好的开关性能,模拟开关应该用电平最高的电源走线。这就意味着使用较低VCC的部件 (如系统处理器) 会比旁边那些使用较高电压的模拟芯片先完成上电。
举例说,如果用模拟开关作控制数据选择路由,且通用输入/输出 (GPIO) 控制器比模拟开关先完成上电,那么该控制器就会在开关完成上电前向其输入送出一个信号。而模拟开关必须完成上电,才能确保按照控制输入进入正确的功能状态。对于标准的模拟开关来说,在加电未完成前,它不一定能正确处理输入端出现的正电平数据信号。系统设计人员通常都会意识到这种上电时序失配,并指望模拟开关此时能将输入与输出隔离。除非模拟开关设计了专门的电路来保障上电前的这种信号隔离,否则将会有信号漏过开关。漏过开关的信号会导致错误的逻辑状态,使得系统启动程序出错。漏过开关的信号甚至会同时出现在单刀双掷开关的两个输出引脚上,而不论输出有效引脚 (OE) 和选中引脚 (S) 处于什么状态。
