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01 物联网系统中为什么要使用模拟开关 在物联网系统中使用模拟开关的原因主要基于模拟开关的多个关键特性和其在物联网应用中的重要作用。以下是详细的解释： 模拟开关的关键特性 精确控制电流：模拟开关具有精确控制电流的能力，可以在微观尺度上调整电流的大小，使电流通过电路的部分或全部。这种特性在物联网设备中尤为重要，因为物联网设备往往需要精细的电流控制来实现各种功能。 低功耗设计：模拟开关在开启和关闭时，能将电流控制在最低可行范围内，有效减少能量消耗，避免不必要的能量浪费。这对于物联网设备，尤其是那些依赖电池供电的设备来说，是至关重要的。 高稳定性和长寿命：模拟开关在开关操作过程中几乎没有接触电阻或机械磨损，从而提高了其使用寿命。此外，由于模拟开关精确控制电流，不会产生过大的电流冲击，进一步降低了元件的损坏风险。这种稳定性和长寿命的特性使得模拟开关在需要高可靠性和持久性的物联网应用中非常重要。 便于集成和控制：模拟开关具有较小的尺寸和便于集成的特点，可以方便地嵌入到各种物联网设备中。同时，模拟开关也可以通过数字信号进行远程控制，使得用户可以灵活地控制电流的开启和关闭。这种特性使得模拟开关在物联网系统中得到广泛应用。 模拟开关在物联网系统中的作用 信号切换与传输：模拟开关主要完成信号链路中的信号切换功能，采用MOS管的开关方式实现了对信号链路关断或者打开。在物联网系统中，模拟开关可以确保信号在不同设备或模块之间准确、高效地传输。 优化系统性能：通过精确控制电流和信号传输，模拟开关有助于优化物联网系统的整体性能。例如，在需要精确控制设备状态的场景中，模拟开关可以确保设备以最佳状态运行，从而提高系统的稳定性和效率。 降低系统成本：由于模拟开关具有低功耗、高稳定性和长寿命等特点，使用模拟开关可以降低物联网系统的整体成本。例如，通过减少能量消耗和降低元件损坏率，模拟开关可以延长设备的使用寿命并降低维护成本。 综上所述，物联网系统中使用模拟开关的原因主要包括模拟开关的精确控制电流能力、低功耗设计、高稳定性和长寿命以及便于集成和控制等关键特性。这些特性使得模拟开关在物联网系统中发挥着重要作用，有助于提升系统的整体性能和降低成本。 本文会再为大家详解传感器家族中的一员——模拟开关。 02 模拟开关定义 模拟开关，英文名Analog switches；主要是完成信号链路中的信号切换功能，用模拟器件的特性实现，称为模拟开关。模拟开关是一种三稳态电路，它可以根据选通端的电平，决定输人端与输出端的状态。当选通端处在选通状态时，输出端的状态取决于输入端的状态；当选通端处于截止状态时，则不管输入端电平如何，输出端都呈高阻状态。模拟开关在电子设备中主要起接通信号或断开信号的作用。由于模拟开关具有功耗低、速度快、无机械触点、体积小和使用寿命长等特点，因而，在自动控制系统和计算机中得到了广泛应用。 03 模拟开关与其他开关对比 模拟开关与普通机械开关对比 模拟开关在电子设备中主要起接通信号或断开信号的作用。与其他机械开关相比，模拟开关具有功耗低、速度快、无机械触点、体积小和使用寿命长等特点，因而，在自动控制系统和计算机中得到了广泛应用。 模拟开关与数字开关对比 当模拟开关集成芯片（IC）开启时，会将模拟和数字信号从输入引脚传导到输出引脚，而且无论信号的传播方向如何，它们都可以传输模拟信号和数字信号。而数字开关只能接受数字信号，并在输出引脚上复制输入引脚上的逻辑电平。当模拟开关关闭时，模拟开关还可在其端子处隔离设备，而数字开关关闭时，它将返回默认逻辑状态。 模拟开关与继电器差别 控制方式的不同 继电器是通过电磁吸合机构控制回路的开关元件，其控制方式基于数字信号，例如计算机信号或PLC控制信号等。而模拟开关则通过机械结构或半导体元件实现开关功能，控制方式基于模拟信号，如电压或电流等。 工作原理的不同 继电器的原理是利用电磁感应产生的磁力来控制开关动作，电磁线圈产生磁场后吸引动作部件，触点实现闭合或断开。而模拟开关则是通过机械或电子元件的物理特性来实现开关状态的改变，例如调节电阻或电容等。 精度和电气特性的不同 在精度方面，继电器的动作时间和重复性相对较差，普遍在几毫秒至几十毫秒之间，而模拟开关的操作精度比较高，通常在数微秒至数毫秒之间。同时，继电器的绝缘性和电流承载能力相比模拟开关也更强，但正因如此，继电器的价格相对较高，体积也较大，而模拟开关则更为轻便和便宜。 应用场景的不同 继电器适用于需要控制高电流或高压电路的场合，例如电力系统、通信等领域。而模拟开关则适用于需要精细调节或直接控制模拟信号的场合，例如音频系统、传感器应用等领域。 04 模拟开关的工作原理 模拟开关电路由两个或非门、两个场效应管及一个非门组成，如图一所示。模拟开关的真值表见下表。 E A B 1 0 0 1 1 1 0 0 高阻状态 0 1 高阻状态 模拟开关的工作原理如下：当选通端Ｅ和输人端Ａ同为1时，则S2端为０，Ｓ1端为１，这时ＶＴ1导通，ＶＴ2截止，输出端Ｂ输出为１，Ａ=Ｂ，相当于输入端和输出端接通。 当选通Ｅ为0时，而输人端Ａ为０时，则S2端为1，S1端为０，这时ＶＴ1截止，VT2导通，输出端Ｂ为０，Ａ＝Ｂ，也相当于输人端和输出端接通。 当选通端Ｅ为０时，这时ＶＴ1和ＶＴ2均为截止状态，电路输出呈高阻状态。 从上面的分析可以看出，只有当选通端Ｅ为高电平时，模拟开关才会被接通，此时可从Ａ向Ｂ传送信息；当输人端Ａ为低电平时，模拟开关关闭，停止传送信息。 05 模拟开关的分类 由于采用了MOS管的开断性能，模拟开关回路可以实现较高的关断阻抗，一般是兆欧姆以上的关断阻抗；和很低的导通阻抗，一般为几个欧姆级别，因此可以很好的实现信号链路切换和断开隔离的作用。根据应用需求不同；模拟开关可以分为音频模拟开关、视频模拟开关、通用模拟开关，多路模拟开关等。 06 多路模拟开关 是从多个模拟输入信号中切换选择所需输入通道模拟输入信号电路。场效应晶体管作为模拟开关而得到广泛应用。其优点是工作速度可达10的6次方次/3，导通电阻低（5~25欧），截止电阻高达10的10次方欧。 研究表明：只有正确选择多路开关的种类，注意多路开关与相关电路的合理搭配与协调,保证各电路单元有合 适的工作状态，才能充分发挥多路开关的性能，甚至弥补某性能指标的欠缺,收到预期的效果。目前市场上的多路开关以CMOS电路为主。 07 模拟开关的性能指标 模拟开关由于采用的是集成MOS管作为开关的器件实现开关功能；由于MOS管自身物理特性，在使用的时候需要注意一下几个性能指标： 开关速度： 模拟开关的开关速度一般能达到兆Hz的速度，可以快速实现链路切换。 开关耐压： 模拟开由于其应用的信号链路为电子板低压工作环境，关耐压值一般在15v以内；常见的有3.3v、5v、12v、15、等最大耐压值；选择时必须注意信号链路的最大电压与器件最大耐压值。 开关最大电流： 模拟开关的导通能够承受的最大电流值，现在常见的模拟开关的开关最大电流一般在几百毫安以内；安培级别的模拟开关很少。 导通电阻： 常见的模拟开关的导通阻抗一般从几个欧姆到100欧姆之间；在模拟信号和弱信号设计的时候使用模拟开关必须注意这个参数。 关断阻抗： 关断阻抗代表着开关的关断能力，关断好坏，一般产品的关断阻抗足以达到抑制相邻两个信号链路相互干扰的能力。 08 供应商A：江苏润石科技 1、产品能力 （1）选型手册 （2）主推型号1：RS2057 对应的产品详情介绍 硬件参考设计 本文章源自奇迹物联开源的物联网应用知识库Cellular IoT Wiki，更多技术干货欢迎关注收藏Wiki： Cellular IoT Wiki 知识库(https://rckrv97mzx.feishu.cn/wiki/wikcnBvAC9WOkEYG5CLqGwm6PHf)

引言 D类升压放大器驱动扬声器的电压高于供电电压，由于可以用单节锂离子(Li+)电池供电就能实现较高性能的音频，这类放大器应用广泛。然而，大多数D类升压放大器并不为用户提供内部升压后的电压，这就使复用扬声器难以利用常见的模拟开关实现多路音频源。本文中，我们讨论如何利用摆幅电容电荷泵使模拟开关能连接这些信号，而无需附加外部电路。 摆幅电容电荷泵 我们首先从摆幅升压电容的基础电路开始讨论，该技术早已被用于产生高于电源的电压，以及提供负电源。只要每次加一点点的力量，即使小朋友也能让秋千荡得很高。摆幅升压电容(这里指电荷泵)电源的原理与此类似。 图1. 小朋友在院子里玩秋千时，添加的能量，使他们的小伙伴荡的越来越高。 现在，请观察图2，我们假设V CC 为5V。明白这点之后，我们就能明白简单的两级摆幅电容电荷泵的工作原理。首先，通过图中所示顶部的两个开关将C1充电至V CC 。然后，将顶部的两个开关置于与图2所示相反的位置。现在，C1的负端连接至V CC ，正端连接至C3+和V+。第一级C1中储存的电压(+5V)叠加至V CC (+5V)，在V+上产生+10V电压。 另外一个摆幅电容C2用于产生负电源V - 。将C2两侧的两个开关置于与图2所示相反的位置。C2的正端连接至V+，负端连接至地。然后切换C2各端的开关，因此将C2的正端接地，将负端连接至C4和V - ，以形成负电源。 图2. 利用摆幅电容电荷泵转换电压。 摆幅电容电荷泵极成功地被用于计算机的串行通信系统。RS-232(现称之为EIA/TIA-232)标准颁布于1962年，现在仍通用，并且已经被许多工业应用所采用2。RS-232标准要求信号摆幅至少为±5V，早期集成电路RS-232收发器的工作电源为±12V至±15V。上世纪80年代中期，Maxim Integrated Products推出了使用摆幅电容电荷泵的IC，与图2所示类似。器件允许利用单端+5V电源实现全部功能RS-232通信。早期的MAX232仍然在产，并且自始至终是销售最好的器件之一。 由于那些早期工业通用电源现在已经降至3V或更低，电池供电的便携式设备大量涌现，其工作电压低至1.8V。随着情况的变化，升压电源的需求几乎已经消失。同时，由于多个串联电荷泵在高功率应用中的效率较低，所以开发出不同的技术来支持这些应用。在这些领域中，电感电源使得高效率升压调节器成为可能。虽然基于电感的调节器已经大量取代要求大功率应用中的摆幅电容电荷泵，但摆幅电容电荷泵仍被许多领域应用。 【分页导航】 第1页： 摆幅电容电荷泵 第2页： 音频升压电源，节省功耗使用时间更长 第3页： 使用隐形(集成)方案 《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载 音频升压电源，节省功耗、使用时间更长 D类升压音频放大器能利用低压源，例如单节锂离子(Li+)电池，提供高质量的音频信号，所以在手持式系统中应用广泛。例如，当手机被用作便携式媒体播放器或免提电话时，AB类放大器不能提供所需的清晰度和音量。所以，D类升压放大器就取而代之。然而，当手机仅仅用作电话听筒时，AB类放大器则提供很好的性能，同时节省功耗。因此，设计者需要一种途径能够在电话听筒类应用中节省功耗，同时也支持免提电话或媒体播放器应用中的大音量。这种复杂的挑战使得多路音频源复用单个扬声器就非常具有吸引力。 D类升压放大器无需PCB上的大空间，即可提供大音量。然而，在将升压放大器复用至扬声器时，问题出现了。根据设计，D类升压放大器输出的音频信号高于电源电压，但通常模拟开关的信号需限制其在电源轨之内。所以，许多现代化的模拟开关增加了能够传输负电源以下信号的能力。虽然如此，这仍然给D类放大器的升压信号带来了问题，因为不能传输高于正电源的信号。为D类放大器供电的内部升压电源通常不用于为外部设备供电；此外，即使能够为外部设备供电，也只有放大器打开时才有。所以使用这样的电源不太现实，因为当其它放大器正在工作时它可能没有。因此，如果没有附加电路，扬声器复用的应用中就难以使用普通模拟开关。解决这一问题的途径有多种，我们将逐一总结其优缺点。 提高供电电压？ 在有些情况下，直接利用D类升压放大器输出的升压电压好像很有优势。但是，如上所述，当D类升压放大器关闭时，给模拟开关的升压电压就没有了。因此，设计者必须寻求另一种途径为模拟开关供电。这就意味着系统必须多设计一个 “或”电路，利用不同的源为开关供电， 它取决于那个放大器正在工作。貌似非常合理，但“或”电路实现这个功能将消耗附加空间和功耗。在空间和功耗是主要设计约束条件的系统中，这种处理是不可取的。 另一种解决方案，虽然不常见，是使用外部升压电源（电感或电荷泵的方法外都行）为电路供电。增加升压电源意味着增加一堆的外部元件(例如IC/二极管/电容/FET/电感)。不可否认，这解决了问题，但是缺点显而易见。首先，在追求体积小的大多数现代应用中这种增加的元件的解决方法是不可接受的，不会采纳的。另外，即使高效率的升压转换器所带来的功率损耗，也是用电池供电系统不可承受的。 将音频电平转换至可接受的范围？ 音频应用中使用的许多模拟开关支持负电压。所以，常见的实现方案是转换信号的直流偏置电压，直到信号下降至开关可接收的电压范围。最常见的方法就是用隔直法。该方法是工程师在模拟开关的输入端放置隔直电容。这种方法至少存在三个问题。 首先，电容使本已空间紧张的应用增加了元件。此外，增加的电容值需要足够大，以保证构成的高通滤波器的截止频率尽量的低。此时，负载是扬声器，而不是相当高阻抗的放大器输入。这进一步增大了维持音质所需的电容尺寸。 第二个问题实际上加剧了第一个问题。由于电压系数的原因，增加的隔直电容会带来低频的相位失真。电压系数表示电容值随电容电压变化的程度。由于电容的阻抗在低频时较高，会在电容的两端形成一个电压，从而使电容降低至额定值以下。随着频率增大，电容也增大。电容变化也造成比滤波器的-3dB点高达10倍的频率下的失真。因此，为保证失真在音频范围之外，电容应足够大，使截止频率低至2Hz。此外，所选电容的电压系数应较低，该项要求通常将小型封装电容排除在外，例如陶瓷电容。所以，最常用的是钽电容或电解电容，以降低电压系数。 最后，诸如等效串联电阻(ESR)的非线性等因素也会引入失真。ESR非线性与频率有关，有些情况下由于阻抗增大而限制了提供给扬声器的功率。 总而言之，此处讨论的隔直方法解决了问题，但要求在成本、音质及空间方面做出妥协。 【分页导航】 第1页： 摆幅电容电荷泵 第2页： 音频升压电源，节省功耗使用时间更长 第3页： 使用隐形(集成)方案 《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载 使用隐形(集成)方案 典型D类升压放大器采用低至2.5V的电池电压，产生5.5V的输出电压。这很好，但现在的问题是不使用占用空间的分立式元件，如何能在音频放大器之间切换？图3所示为解决这一问题的“隐形”方案，更准确地说，是集成方案。该方案是一种超小尺寸的双刀双掷(DPDT)模拟开关，允许升压信号通过，无需附加外部电路。我们称之为隐形方案是因为该DPDT开关所需的一切都集成在1.2mm x 1.2mm、9焊球晶原级封装(WLP)内，非常类似于利用电荷泵来避免使用高压外部电源的MAX232。集成了所有必需的电荷泵。由于电荷泵只需要驱动开关内部的门电路，所以甚至不需要外部电容。该集成技术允许高达±5.5V的信号通过，失真超小，而器件电源电压可低至+1.6V。实际上，这种复杂的技术对于设计者或用户是不可见的。 图3. 典型音频配置的“隐形”集成方案。 由于该方案能传输信号电平超出电源上下轨电压，无需隔直电容或外部升压电源。实际上，利用MAX14689 DPDT模拟开关实现多路复用扬声器，无需附加外部电路，即可为音频系统供电。该方法将节省可观的空间。此外，无需隔直电容,信号直接通过,避免了隔直电容所占的空间和导致失真。 最后，开关为“先开后合”式，确保几个音频放大器不会短路在一起。与其它常见方法相比，开关式保证系统的音质，同时减少空间需求。利用低至2.5V的电源供电时，开关的低(0.25Ω，典型值)导通电阻(R ON )允许将功率高效率传输至扬声器，并具有低THD+N。 结论 D类升压放大器大大提高了音质，所以在电池供电音频系统中尤其具有优势。但是，这些放大器的功耗较高，所以始终打开的情况下在这类系统并不具有优势。同时，几个不同音频系统复用单个扬声器具有诸多优点。所以，典型模拟开关不能传输高于或低于其电源摆幅范围的问题亟待解决。传统方法具有许多不利影响，而本文介绍的方案简单、节省空间、保证音质。 【分页导航】 第1页： 摆幅电容电荷泵 第2页： 音频升压电源，节省功耗使用时间更长 第3页： 使用隐形(集成)方案 《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载

引言 D类升压放大器驱动扬声器的电压高于供电电压，由于可以用单节锂离子(Li+)电池供电就能实现较高性能的音频，这类放大器应用广泛。然而，大多数D类升压放大器并不为用户提供内部升压后的电压，这就使复用扬声器难以利用常见的模拟开关实现多路音频源。本文中，我们讨论如何利用摆幅电容电荷泵使模拟开关能连接这些信号，而无需附加外部电路。 摆幅电容电荷泵 我们首先从摆幅升压电容的基础电路开始讨论，该技术早已被用于产生高于电源的电压，以及提供负电源。只要每次加一点点的力量，即使小朋友也能让秋千荡得很高。摆幅升压电容(这里指电荷泵)电源的原理与此类似。 图1. 小朋友在院子里玩秋千时，添加的能量，使他们的小伙伴荡的越来越高。 现在，请观察图2，我们假设V CC 为5V。明白这点之后，我们就能明白简单的两级摆幅电容电荷泵的工作原理。首先，通过图中所示顶部的两个开关将C1充电至V CC 。然后，将顶部的两个开关置于与图2所示相反的位置。现在，C1的负端连接至V CC ，正端连接至C3+和V+。第一级C1中储存的电压(+5V)叠加至V CC (+5V)，在V+上产生+10V电压。 另外一个摆幅电容C2用于产生负电源V - 。将C2两侧的两个开关置于与图2所示相反的位置。C2的正端连接至V+，负端连接至地。然后切换C2各端的开关，因此将C2的正端接地，将负端连接至C4和V - ，以形成负电源。 图2. 利用摆幅电容电荷泵转换电压。 摆幅电容电荷泵极成功地被用于计算机的串行通信系统。RS-232(现称之为EIA/TIA-232)标准颁布于1962年，现在仍通用，并且已经被许多工业应用所采用2。RS-232标准要求信号摆幅至少为±5V，早期集成电路RS-232收发器的工作电源为±12V至±15V。上世纪80年代中期，Maxim Integrated Products推出了使用摆幅电容电荷泵的IC，与图2所示类似。器件允许利用单端+5V电源实现全部功能RS-232通信。早期的MAX232仍然在产，并且自始至终是销售最好的器件之一。 由于那些早期工业通用电源现在已经降至3V或更低，电池供电的便携式设备大量涌现，其工作电压低至1.8V。随着情况的变化，升压电源的需求几乎已经消失。同时，由于多个串联电荷泵在高功率应用中的效率较低，所以开发出不同的技术来支持这些应用。在这些领域中，电感电源使得高效率升压调节器成为可能。虽然基于电感的调节器已经大量取代要求大功率应用中的摆幅电容电荷泵，但摆幅电容电荷泵仍被许多领域应用。 【分页导航】 第1页： 摆幅电容电荷泵 第2页： 音频升压电源，节省功耗使用时间更长 第3页： 使用隐形(集成)方案 《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载 音频升压电源，节省功耗、使用时间更长 D类升压音频放大器能利用低压源，例如单节锂离子(Li+)电池，提供高质量的音频信号，所以在手持式系统中应用广泛。例如，当手机被用作便携式媒体播放器或免提电话时，AB类放大器不能提供所需的清晰度和音量。所以，D类升压放大器就取而代之。然而，当手机仅仅用作电话听筒时，AB类放大器则提供很好的性能，同时节省功耗。因此，设计者需要一种途径能够在电话听筒类应用中节省功耗，同时也支持免提电话或媒体播放器应用中的大音量。这种复杂的挑战使得多路音频源复用单个扬声器就非常具有吸引力。 D类升压放大器无需PCB上的大空间，即可提供大音量。然而，在将升压放大器复用至扬声器时，问题出现了。根据设计，D类升压放大器输出的音频信号高于电源电压，但通常模拟开关的信号需限制其在电源轨之内。所以，许多现代化的模拟开关增加了能够传输负电源以下信号的能力。虽然如此，这仍然给D类放大器的升压信号带来了问题，因为不能传输高于正电源的信号。为D类放大器供电的内部升压电源通常不用于为外部设备供电；此外，即使能够为外部设备供电，也只有放大器打开时才有。所以使用这样的电源不太现实，因为当其它放大器正在工作时它可能没有。因此，如果没有附加电路，扬声器复用的应用中就难以使用普通模拟开关。解决这一问题的途径有多种，我们将逐一总结其优缺点。 提高供电电压？ 在有些情况下，直接利用D类升压放大器输出的升压电压好像很有优势。但是，如上所述，当D类升压放大器关闭时，给模拟开关的升压电压就没有了。因此，设计者必须寻求另一种途径为模拟开关供电。这就意味着系统必须多设计一个 “或”电路，利用不同的源为开关供电， 它取决于那个放大器正在工作。貌似非常合理，但“或”电路实现这个功能将消耗附加空间和功耗。在空间和功耗是主要设计约束条件的系统中，这种处理是不可取的。 另一种解决方案，虽然不常见，是使用外部升压电源（电感或电荷泵的方法外都行）为电路供电。增加升压电源意味着增加一堆的外部元件(例如IC/二极管/电容/FET/电感)。不可否认，这解决了问题，但是缺点显而易见。首先，在追求体积小的大多数现代应用中这种增加的元件的解决方法是不可接受的，不会采纳的。另外，即使高效率的升压转换器所带来的功率损耗，也是用电池供电系统不可承受的。 将音频电平转换至可接受的范围？ 音频应用中使用的许多模拟开关支持负电压。所以，常见的实现方案是转换信号的直流偏置电压，直到信号下降至开关可接收的电压范围。最常见的方法就是用隔直法。该方法是工程师在模拟开关的输入端放置隔直电容。这种方法至少存在三个问题。 首先，电容使本已空间紧张的应用增加了元件。此外，增加的电容值需要足够大，以保证构成的高通滤波器的截止频率尽量的低。此时，负载是扬声器，而不是相当高阻抗的放大器输入。这进一步增大了维持音质所需的电容尺寸。 第二个问题实际上加剧了第一个问题。由于电压系数的原因，增加的隔直电容会带来低频的相位失真。电压系数表示电容值随电容电压变化的程度。由于电容的阻抗在低频时较高，会在电容的两端形成一个电压，从而使电容降低至额定值以下。随着频率增大，电容也增大。电容变化也造成比滤波器的-3dB点高达10倍的频率下的失真。因此，为保证失真在音频范围之外，电容应足够大，使截止频率低至2Hz。此外，所选电容的电压系数应较低，该项要求通常将小型封装电容排除在外，例如陶瓷电容。所以，最常用的是钽电容或电解电容，以降低电压系数。 最后，诸如等效串联电阻(ESR)的非线性等因素也会引入失真。ESR非线性与频率有关，有些情况下由于阻抗增大而限制了提供给扬声器的功率。 总而言之，此处讨论的隔直方法解决了问题，但要求在成本、音质及空间方面做出妥协。 【分页导航】 第1页： 摆幅电容电荷泵 第2页： 音频升压电源，节省功耗使用时间更长 第3页： 使用隐形(集成)方案 《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载 使用隐形(集成)方案 典型D类升压放大器采用低至2.5V的电池电压，产生5.5V的输出电压。这很好，但现在的问题是不使用占用空间的分立式元件，如何能在音频放大器之间切换？图3所示为解决这一问题的“隐形”方案，更准确地说，是集成方案。该方案是一种超小尺寸的双刀双掷(DPDT)模拟开关，允许升压信号通过，无需附加外部电路。我们称之为隐形方案是因为该DPDT开关所需的一切都集成在1.2mm x 1.2mm、9焊球晶原级封装(WLP)内，非常类似于利用电荷泵来避免使用高压外部电源的MAX232。集成了所有必需的电荷泵。由于电荷泵只需要驱动开关内部的门电路，所以甚至不需要外部电容。该集成技术允许高达±5.5V的信号通过，失真超小，而器件电源电压可低至+1.6V。实际上，这种复杂的技术对于设计者或用户是不可见的。 图3. 典型音频配置的“隐形”集成方案。 由于该方案能传输信号电平超出电源上下轨电压，无需隔直电容或外部升压电源。实际上，利用MAX14689 DPDT模拟开关实现多路复用扬声器，无需附加外部电路，即可为音频系统供电。该方法将节省可观的空间。此外，无需隔直电容,信号直接通过,避免了隔直电容所占的空间和导致失真。 最后，开关为“先开后合”式，确保几个音频放大器不会短路在一起。与其它常见方法相比，开关式保证系统的音质，同时减少空间需求。利用低至2.5V的电源供电时，开关的低(0.25Ω，典型值)导通电阻(R ON )允许将功率高效率传输至扬声器，并具有低THD+N。 结论 D类升压放大器大大提高了音质，所以在电池供电音频系统中尤其具有优势。但是，这些放大器的功耗较高，所以始终打开的情况下在这类系统并不具有优势。同时，几个不同音频系统复用单个扬声器具有诸多优点。所以，典型模拟开关不能传输高于或低于其电源摆幅范围的问题亟待解决。传统方法具有许多不利影响，而本文介绍的方案简单、节省空间、保证音质。 【分页导航】 第1页： 摆幅电容电荷泵 第2页： 音频升压电源，节省功耗使用时间更长 第3页： 使用隐形(集成)方案 《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载