模拟开关断电保护功能实现更稳健系统设计.docxVIP

模拟开关可用于众多的应用系统中，包括手机、 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、 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，飞兆半导体为其必威体育精装版的模拟开关产品开发了专门的断电保 护 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 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 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 和选中引脚 处于什 么状态。 VCC flooting or weak 0ull downPositrve Input Signal (Vsw)Parasitic PMOS VCC flooting or weak 0ull down Positrve Input Signal (Vsw) Parasitic PMOS /Source Bulk Diode 当 引脚浮接或其电位几乎没被拉低时，开关输入信号 有可能给开 关内部电路加电，从而使该信号漏过开关。图 就是这种情况的示例，图中 节点电平为 0由于该内部节点被加电，开关将导通，让输入信号通过。 在这种情况下，本来没被选中的输出上也可能出现正电压信号。 在使用模拟开关来抵御瞬态噪音或实现故障保护的应用 中，开关常常放置 在系统的外围，以便将内部元件与外界隔离。在用于故障保护的应用中，也期望 开关能抵御长时间 （数毫秒） 的故障。当正电平输入电压持续时，如在发生故障 或上电时序错误的情况下，这种电压也可能给模拟开关造成不可逆转的损坏。这 种损坏源于从开关输入端流向开关 引脚的过量电流。这个电流通道是开关 与生俱来的寄生 体效应二极管的结果，该二极管在输入电压大于 时就象一个正向偏置二极管。要导通这个二极管的确需要一个最小正向电压，一 般认为在 左右。这个有效二极管允许额外的电流经芯片流到 引脚。输 入引脚的电压越高，电流就越大。电压与电流呈指数关系，且很容易用理想二极 管的电压电流曲线表示出 来。这样，芯片的最大电流很快便会被超过。一旦某 一部件因过压而损坏，该部件通常会使过量漏电持续，即使在输入恢复正常状态 后，也可能无法正常工作。图 示出了数据输入引脚和前述 间的漏电流路 径。 径。 采用具有断电保护功能的开关实现稳健的系统设计 具有断电保护功能的开关备有专门设计的电路，可防止意外的 信号泄漏及 保障过压情况下的系统可靠性。当 时，开关将把输入信号与输出隔离开， 而不论输出有效引脚或选通引脚处于什么状态；这样就可防止意外 信号漏过开 关。保护电路还可阻止电流从信号引脚到电源引脚的泄漏。当无电源供应时，开 关输入端呈高阻态，因此能阻止寄生 体效应二极管处于正向偏 置。需要注 意的是，除特殊情况外，断电保护通常只加在开关其中一端，而不必在两侧都加 保护。在第一代具有断电保护功能的开关上，保护是加在通用引脚上，因 为其 所在端口最容易出现过压。这意味着系统设计人员必需要仔细阅读技术