智能手機USB 2.0端口共享實現(xiàn)方案

要通過USB開關(guān)從一個處理器切換到另一個處理器，首先需要斷開所有路徑，然后留有足夠的時間，以確保USB主設(shè)備端口控制器能夠識別出某個斷開，并切換到其它路徑；這樣，可以允許主設(shè)備復(fù)位，并對新的USB設(shè)備進(jìn)行重新設(shè)置。這一切都是采用軟件在手機上完成，并需要軟件工程師參與，根據(jù)所選硬件的限制條件編寫軟件。不過，目前較先進(jìn)的USB開關(guān)允許更多地使用便攜式設(shè)備軟件，故前面提到的方式正逐漸被淘汰。這是因為這些USB開關(guān)的選擇控制信號發(fā)生任何變化，都會在一段預(yù)定的時間內(nèi)自動啟動斷開連接。該時間由USB 2.0高速規(guī)范決定，以便于USB主設(shè)備識別斷開，然后內(nèi)部產(chǎn)生新的連接。

如上所述，對大多數(shù)便攜式設(shè)備來說，節(jié)能是至關(guān)重要的，故處理器的電源電壓常常降至1.2V或更低。因此，在與直接依賴電池供電的較高電壓設(shè)備連接時，即使輸入端電壓較低，電池的耗電量也相當(dāng)可觀。減小耗電量的方法之一是采用電壓轉(zhuǎn)換器。由于USB開關(guān)本身是一個很慢的過程，通過基于最低供電電壓來設(shè)置輸入閾值，這些USB開關(guān)在這類環(huán)境下的耗電量小得可忽略不計。此外，還設(shè)計有輸入緩沖器，以便在最壞的電壓差情況下實現(xiàn)節(jié)能，以大大減輕系統(tǒng)設(shè)計人員的工作強度。

圖4：采用單個USB端口的音頻耳機。

對于更小的便攜式設(shè)備，印制電路板(PCB)上的占位空間和成本始終是重要考慮因素。目前USB開關(guān)可在微型封裝中設(shè)計實現(xiàn)，引腳間距僅0.4mm，其在PCB上的占位面積非常小，故而遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝過那些帶有專用于USB連接的適配器(Dongle)的大尺寸專有連接器。此外，這種開關(guān)的成本也遠(yuǎn)低于USB集線器。

有時候，需要把USB開關(guān)級聯(lián)起來，在這種應(yīng)用中，側(cè)負(fù)載(side loading controller)控制器使用媒體傳輸協(xié)議(Media Transfer Protocol)，可以從主PC下載電影到SD存儲卡里，而不會給智能手機中的應(yīng)用處理器造成負(fù)擔(dān)。這時，要確保高速USB流量對最快下載速度可行，USB開關(guān)關(guān)斷(OFF)狀態(tài)下的電容至為關(guān)鍵。最先進(jìn)的USB開關(guān)OFF電容相當(dāng)?shù)?一般為2pF)，這就允許在手機設(shè)計的最后階段添加多個開關(guān)，從而為智能手機增加新的功能。

為了盡量減少智能手機上連接器的數(shù)量，除了高速和/或全速USB之外，USB端口有時被設(shè)計為附著在模擬音頻耳機上。特殊的USB開關(guān)利用通過USB連接器的VBUS信號發(fā)送的耳機麥克風(fēng)信號來滿足這種需求，同時D+和D-信號被分別發(fā)送給耳機的左右揚聲器信號。以USB開關(guān)FSA800為例，在插入之后，它會判斷該USB端口是否為一個采用USB電池充電規(guī)范算法的USB充電器。這就允許處理器根據(jù)USB連接器的ID引腳信號狀態(tài)來控制開關(guān)路徑選擇。其它USB開關(guān)利用ID引腳來檢測和自動切換配置，并能夠幫助實現(xiàn)大量各種各樣的復(fù)雜附件功能，包括：范圍廣泛的配件，比如非常特殊的工廠測試線纜，其可利用現(xiàn)有工廠測試裝置來獲得最大的測試成本效益；非常具有特色的音樂播放耳機，配備有MP3播放所需的全部遙控按鍵；以及FM無線電收音機、或無雜音(click-and-pop free)撥打/接聽電話，在不同功能之間可無縫切換。

當(dāng)今的智能手機利用高速USB開關(guān)實現(xiàn)了巨大的功能，同時還使手機減小到一個很小的micro-USB高速端口連接器的厚度。如果需要USB同時與多種設(shè)備通訊，這種USB端口可被連接到應(yīng)用處理器、通信處理器、USB集線器、音頻驅(qū)動器和眾多其它速率較低的必需功能。這種功能性的實現(xiàn)得益于最新USB開關(guān)中內(nèi)置有先進(jìn)電路，同時又不會對功耗、PCB芯片面積和成本有不良影響。此外，它同時還提供USB充電器檢測功能，從而有利于全球推動向適用于所有便攜式設(shè)備的通用USB充電器的發(fā)展。