实现智能手机USB 2.0端口共享的方案

4G手机的最新趋势是在手机中集成两个处理元件，同时访问USB端口。对于这种应用，一个比较好的选择是采用集线器。不过麻烦在于USB集线器的接线通常是电容性的，功耗相当大；而另一方面，同时访问USB端口的机会又不多。图2所示为这种手机的一种设计方法，其中，3G通信处理器必需与4G处理器分开来单独访问USB端口。通过一个隔离开关（FSUSB31），并采用极短的PCB引线，可以尽量减小电容。这样一来，在从3G通信处理器到USB主设备的路径上，一个高速发射USB数据眼（data eye）与USB规范相比有很大的裕量。在这个例子中，应用处理器控制USB 3:1多路复用开关，当后者在待机模式下处于低电状态时，它可以让自己的控制线路上的上拉和下拉电阻连接到默认的应用处理器。

　　图2：多路复用USB2.0开关和带隔离开关的集线器应用。

　　上述功能可通过开关来实现，上电时其功耗极小，禁用时功耗几乎为零。在图2所示的4G手机应用中，FSUSB63始终上电，耗电量只有几微安。同时，在图1所示的应用中，当功率管理IC在待机模式下关断FSUSB63时，其耗电量降至1微安以下。

　　对于大多数集成电路而言，高速和低功耗一般是一对相互矛盾的特性。能够两者兼具的解决方案常常需要降低电压，并使用精细的几何工艺尺寸；然而，USB规范要求的是高电压信号。在性能稳健的手机设计中，D+和D-信号能够承受至5V VBUS信号线的短路，故限制了低电压解决方案。不过，最近推出的低功耗电荷泵USB开关解决了这个问题，并满足严苛的USB发射眼图要求，如图3所示。事实上，无需对架构或所选器件做任何修改，大多数这类设计的工作速率就能够达到高速USB数据速率（> 1 Gbps）的两倍以上。

　　图3：高速USB2.0发射眼图。

　　要通过USB开关从一个处理器切换到另一个处理器，首先需要断开所有路径，然后留有足够的时间，以确保USB主设备端口控制器能够识别出某个断开，并切换到其它路径；这样，可以允许主设备复位，并对新的USB设备进行重新设置。这一切都是采用软件在手机上完成，并需要软件工程师参与，根据所选硬件的限制条件编写软件。不过，目前较先进的USB开关允许更多地使用便携式设备软件，故前面提到的方式正逐渐被淘汰。这是因为这些USB开关的选择控制信号发生任何变化，都会在一段预定的时间内自动启动断开连接。该时间由USB2.0高速规范决定，以便于USB主设备识别断开，然后内部产生新的连接。