用于机顶盒设计的高性能模拟开关

带外部存储的机顶盒

除了嵌入式硬盘外，可移除的存储设备如紧凑型闪存或其它小尺寸存储卡等已被广泛用于便携式设计产品中，包括手机和数码相机等，以满足不断增加的市场需求。未来的机顶盒也会具备足够的智能，以读取这些存储设备及驱动电视来显示数码相机照片。如图3所示，在这类应用中，一般机顶盒的核心CPU USB输出会与嵌入式或可移动存储控制器共用同一个接口，以便与PC机通信。这里必须使用宽带宽的高速USB开关来克服设计中的难题，原因有两个：首先，高速USB 2.0信号具有很快的上升/下落时间 (500ps)，这就要求开关能切断所有无用的扫迹，从而将反射信号减至最少，同时改善符合性测试所要求的开眼 (eye opening) 指标。 其次，CPU和闪存控制器的输出都有1.5K的升压电阻，两者必须互相隔离来减小电势的波动。

选择正确的开关来减低BOM成本

模拟开关除了能解决上述设计难题外，在某些应用中采用适合的开关还能协助设计人员大幅度降低BOM数目及节省板卡空间。如图4所示，某些机顶盒本身就能驱动电视的复合视频输出如CVBS。当机顶盒处于待机状态时，其它外部的视频源如VCR或DVD播放机等也可直接驱动电视。在这些应用中，双74VHC4053器件会用来进行机顶盒音/视频编码器输出与VCR/DVD播放机A/V输入之间的切换，以便共享一个显示器。74VHC4053的一个主要缺点是其导通阻抗高 (高达100欧姆)，如果将开关输出直接连接到电视上，将造成视频亮度损耗。通常采用一个简单的缓冲 (如用分立的NPN元件) 便可将开关从电视侧的75欧姆端接电阻隔离开来。

在添加NPN后，NPN的基部需要施加DC偏置电压，这意味着增加额外的元件成本，如AC耦合电容、电阻，以及用于稳定DC偏置电压的铁氧体磁环，防止串入电源VCC低鸣。所有这些附加成本都是因为74VHC4053的高导通阻抗所致。如能选择低导通阻抗的开关，如飞兆半导体的FSAV330或 FSAL200 (通常只有6欧姆)，便可省掉所有这些额外元件，由于没有了那些大型电阻和电容，板卡面积因而可以大幅缩小。74VHC4053的低带宽特性带来比典型CMOS视频开关更高的微分增益和差分相位，后者并具有卓越的色饱和稳定性和色调。图4给出了采用FSAV330或FSAL200前和后的结构性快速比较，显示出分立元件的使用大幅减少，比例为9：1。


  
图4 低导通阻抗音/视频开关能降低机顶盒设计的BOM成本

结语

除了传统的数字视频解码功能外，机顶盒日渐在家电中担演举足轻重的角色，具备更多的智能化功能，如VoIP和视频点播。未来的设计将广泛地采用高性能模拟开关，以加快产品面市时间。专用的宽频带视频开关能提高信号的完整性，协助设计人员解决高清晰度的设计难题。除了能通过在视频输出之间共享连接器来减低传统的 BOM 成本外，更高性能的视频和以太网开关将有助于减少外部分立元件的数目，进一步降低BOM成本，并能节省PCB空间。机顶盒市场是另一个具庞大增长潜力的区间，尤其是在中国。随着中国的国家广播电影电视总局已定下2015年全面实施电视系统数字化的目标，这个市场将更具吸引力。高清晰度视频格式和低成本通信 (如VoIP) 的发展，也会为区内的机顶盒和专用开关市场带来巨大的推动力量。