如何擺脫咖啡館中一個人的寂寞時光？答案是用時下的社交模式——上網(wǎng)簽到，憑借智能手機中GPS技術(shù)，你可以隨時向所有好友通報行蹤，用智能手機以地圖的形式與好友分享雙方的地理位置，并在他們走近時，發(fā)出信息提示，如果恰巧他/她也在附近，就可以進行一場約會了。這種被稱為 LBS（Location　Based　Service，基于位置的服務(wù)）類網(wǎng)站正成為風險投資的興趣點。

　　智能手機早已不再只是商務(wù)瑞選擇，它正變得越來越好玩。社交手機會告訴你想知道的有關(guān)來電者的一切信息。游戲手機則讓你在逼真3D情境中為所欲為。更酷的還有，美國一家手機廠商近開發(fā)了一種膠卷手機，這種手機可以將屏幕和鍵盤變成膠卷一般卷曲收入機身內(nèi)部。三秒鐘的視頻錄制和分享網(wǎng)站Robo.to如今在美國很流行，它的特點是用智能手機隨時隨地發(fā)布。

　　典型的智能手機包含一個通信處理器、一個應(yīng)用處理器和一個功率管理IC，它們都必需共享單個USB端口，并以480Mbps的高速USB數(shù)據(jù)速率進行通信。而很多移動設(shè)備需要許多信號處理集成電路（IC）以滿足用戶各種不同的功能要求。各種新奇的玩意兒正在讓智能手機變得越來越娛樂化，沒有更好的應(yīng)用就會落后，市場銷售就不理想。本文介紹一些能夠解決該問題的方案，并對從USB集線器到簡單模擬開關(guān)的各種不同解決方案進行比較。

　　USB 即“Universal Serial Bus ”，中文名稱為通用串行總線。這是近幾年逐步在PC 領(lǐng)域廣為應(yīng)用的新型接口技術(shù)。USB接口具有傳輸速度更快，支持熱插拔以及連接多個設(shè)備的特點。目前已經(jīng)在各類外部設(shè)備中廣泛的被采用。目前USB接口有兩種：USB1.1和USB2.0。理論上USB1.1的傳輸速度可以達到12Mbps/秒，而USB2.0則可以達到速度480Mbps/秒，并且可以向下兼容USB1.1。

　　智能手機的一種設(shè)計方式是讓內(nèi)部的功率管理器件來控制單個USB2.0端口，這可以通過采用一個3:1的多路復(fù)用USB開關(guān)把USB 2.0端口轉(zhuǎn)向自身來完成。默認情況下，其也可轉(zhuǎn)向應(yīng)用處理器，用來實現(xiàn)大多數(shù)多媒體功能性（比如MP3播放或視頻處理）。還可轉(zhuǎn)向通信處理器，用于無線電通信，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問或通話（見圖1）。這種架構(gòu)具有一種優(yōu)勢，即當功能未使用時，允許手機進入睡眠狀態(tài)。此外，在檢測到USB 2.0端口活動時，或者是任一個處理器需要使用USB端口時，功率管理單元可以喚醒相關(guān)處理器。在USB插口首次插入后，功率管理IC還可以詢問USB線路，確定是否有專用USB充電器或充電主設(shè)備端口連接，以便通過VBUS信號直接給電池充電。當與USB主設(shè)備（如PC）通信時，通信和應(yīng)用處理器內(nèi)的物理層（PHY）使用USB開關(guān)的480Mbps全高速數(shù)據(jù)帶寬。

　　圖1：用于共享一個USB 2.0端口的多路復(fù)用USB 2.0開關(guān)。

　　4G手機的趨勢是在手機中集成兩個處理元件，同時訪問USB端口。對于這種應(yīng)用，一個比較好的選擇是采用集線器。不過麻煩在于USB集線器的接線通常是電容性的，功耗相當大；而另一方面，同時訪問USB端口的機會又不多。圖2所示為這種手機的一種設(shè)計方法，其中，3G通信處理器必需與4G處理器分開來單獨訪問USB端口。通過一個隔離開關(guān)（FSUSB31），并采用極短的PCB引線，可以盡量減小電容。這樣一來，在從3G通信處理器到USB主設(shè)備的路徑上，一個高速發(fā)射USB數(shù)據(jù)眼（data eye）與USB規(guī)范相比有很大的裕量。在這個例子中，應(yīng)用處理器控制USB 3:1多路復(fù)用開關(guān)，當后者在待機模式下處于低電狀態(tài)時，它可以讓自己的控制線路上的上拉和下拉電阻連接到默認的應(yīng)用處理器。

　　圖2：多路復(fù)用USB 2.0開關(guān)和帶隔離開關(guān)的集線器應(yīng)用。

　　上述功能可通過開關(guān)來實現(xiàn)，上電時其功耗極小，禁用時功耗幾乎為零。在圖2所示的4G手機應(yīng)用中，F(xiàn)SUSB63始終上電，耗電量只有幾微安。同時，在圖1所示的應(yīng)用中，當功率管理IC在待機模式下關(guān)斷FSUSB63時，其耗電量降至1微安以下。

　　對于大多數(shù)集成電路而言，高速和低功耗一般是一對相互矛盾的特性。能夠兩者兼具的解決方案常常需要降低電壓，并使用精細的幾何工藝尺寸；然而，USB規(guī)范要求的是高電壓信號。在性能穩(wěn)健的手機設(shè)計中，D+和D-信號能夠承受至5V VBUS信號線的短路，故限制了低電壓解決方案。不過，近推出的低功耗電荷泵USB開關(guān)解決了這個問題，并滿足嚴苛的USB發(fā)射眼圖要求，如圖3所示。事實上，無需對架構(gòu)或所選器件做任何修改，大多數(shù)這類設(shè)計的工作速率就能夠達到高速USB數(shù)據(jù)速率（> 1 Gbps）的兩倍以上。

　　圖3：高速USB 2.0發(fā)射眼圖。

　　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，故而遠遠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)負載（side loading controller）控制器使用媒體傳輸協(xié)議（Media Transfer Protocol），可以從主PC電影到SD存儲卡里，而不會給智能手機中的應(yīng)用處理器造成負擔。這時，要確保高速USB流量對快速度可行，USB開關(guān)關(guān)斷（OFF）狀態(tài)下的電容至為關(guān)鍵。的USB開關(guān)OFF電容相當?shù)停ㄒ话銥?pF），這就允許在手機設(shè)計的階段添加多個開關(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USB開關(guān)中內(nèi)置有先進電路，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。所以我們并不一定非要充電器才能充電，有電腦的人一定也常邊玩電腦手機邊插在電腦的USB端口充電吧。在你從手機里面拿東西放到電腦里或者把電腦里的東西放到手機里的時候你的手機也在充電。