纤细型便携式设计中的多媒体信号路径

　　引言

把语音服务、高分辨率相机模块和MP3或PMP播放器功能整合在单个移动电话设计中，已成为未来中高端电话市场的发展趋势。除了超高的功率 (>700mW) 立体声音频功能之外，视频输出功能也出现在手机应用中，其输出格式仍然主要是CVBS，而某些电话甚至提供S视频或模拟 RGB输出。

除更丰富的模拟基带功能之外，数据连接也开始在向USB2.0 (480Mbps) 串行接口这样更高速度的连接转移，以实现更快的上传和下载。目前，利用嵌入式硬盘驱动器或大型移动闪存，内存容量得到大大增加，同时也需要更高速的连接。尽管这些特性驱使已经颇为紧凑的电话内部电路板设计更加密集，客户仍不断期望多媒体手持设备的设计更为纤薄小巧，以实现一体化，因此在机械和电气性能方面为手机设计人员带来挑战。这不但需要相同或更好的基带信号完整性，同时还要尽可能地去除体积庞大的连接器/电缆。

本文介绍了几种应用解决方案，给出了如何充分利用针对特定应用的开关来实现纤巧型单连接器设计的建议，最后并阐释了视频滤波器/驱动器等外设IC是如何作为模拟基带处理器的辅助芯片来支持这种多媒体市场发展趋势。

　　应用实例

在设计纤巧美观的需求推动之下，体积庞大的串行连接器 (多达14到18个引脚) 逐渐被5脚迷你型AB USB连接器或尺寸小得多的8脚串行连接器所取代。不过，连接器引脚的减少无法适应增加的模拟和数字输出。图1所示为用于音频、UART 和 USB连接器共享的开关结构。由于MP3解码器输出的音频一般具有负向摆动，故要求开关必需能够处理带有显著负音频信号的大功率 (>700mW) 立体声音频。负摆幅的大小取决于音频功率和8欧姆扬声器或32欧姆耳机的负载。它可能低至 -2.8V或以下。该开关还必需能够处理有大电流 (约 300mA) 流过的大功率音频。沿音频数据路径的数据路径在总谐波失真 (THD) 方面必需具有最小的音频失真，同时USB数据路径在大信号带宽要求方面需要具有最小的边缘失真。通过采用图1所示的开关结构，可以去除4个多余的连接器，其中包括体积庞大的3.5mm耳机连接器。

　　图1 音频/UART/USB 引脚共享的单连接器设计

图1中的开关可用作音频、USB和UART或任何相关组合的切换。其它可能的配置包括3个音频源共享同一个耳机或2个音频源共享带有全速USB输出的USB连接器。图2与图1类似。两种结构间的主要差异在于内建的智能USB检测。因此，开关缺省模式是音频模式。只要外部加载VBUS，开关就会自动切换到USB通道。这种开关具有类似于“即插即用”的特性，无需GPIO控制等任何硬件资源。在4.3V电池供电情况下，所有这些开关都必需能够接收1.8V控制电压。图2所示的FSA221可用于实现高速USB 2.0 (480Mbps) 和输出到耳机的音频信号之间的连接器共享，而FSA201主要针对全速USB应用 (12Mbps)。

　　图2 用于USB/音频共享的USB连接器插入自动检测

在手机和其它便携式产品引入视频功能，引发了PCB空间和功率及视频信号完整性之间的权衡方面的众多争议。目前市面上的多媒体电话大部分都有内置相机或PMP (便携式媒体播放器) 功能，能够把其内容传送到家庭显示系统上。由于外部几何尺寸和功率更为重要，大多数电话使用的都是CVBS而非S或分量视频来传输信号。CVBS视频线缆驱动器通常需增益为2的缓冲器来驱动150欧姆的负载。有时，为了补偿线缆损耗，增益可能更高 (>6db)。这就为便携式视频设备带来了第一个问题：设备输出上的信号钳位。系统设计人员应该谨慎处理钳位问题，因为便携式设备中的视频供电电压范围从2.5V 到 3.6V。如果处理不当，增益为2的信号便可能因峰值电压达1.23V及饱和度100% 而产生的问题。此时需要对输出连接进行检测，这又会导致其它问题。

通过在放大器的输入输出级建立必需的偏置，可以避免钳位。由于集成度是便携式设备的基础，故一般存在一个钳位或电平转换，以把AC耦合输入设置在驱动器共模范围的中间。至于输出，设计人员必须确定最佳解决方案来解决下一个问题：利用AC耦合还是DC耦合。

AC耦合输出需要更低的有源电源电流，不过，这要求输出连接至少220μF的电容，以避免相移造成场倾斜。场倾斜是信号内容变化引起的偏移量。这个220μF电容的电极一般设置在5Hz左右，以避免50Hz-60Hz范围的大量相移 (这是典型的PAL/NTSC场刷新率)。过多的场倾斜可能导致信号内容的钳位和进一步失真。而且，在电话PCB板上添加220μF电容会耗费太多空间。作为替代方案，FMS6151 或 FSA3182这样的器件可通过SAG校正方法采用更小的电容。图3是针对这种滤波器D