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逻辑电平转换器在高端移动电话中的应用

逻辑电平转换器在高端移动电话中的应用 2011年12月04日 来源： 移动电话技术的新时代过去5年，移动电话产业在技术融合、功能集成、重量以及体积方面都出现了巨大变革。移动电话已经从简单的通信设备演变成集数码相机、MP3播放器及其他高端功能于一体的多媒体通信设备。这种技术上的融合也向移动电话的设计提出了更高的要求，例如，更小的体积和重量、更长的通话时间及更高的信号保真度。如图1所示，移动通信业的发展经历了三个阶段，这个发展历程可概括为走向多媒体时代。模拟移动电话让用户进行语音通话，通常限于一个国家之内；数字移动电话除语音通话服务外还增加了传真、数据和短信功能；并且可以在多个国家使用；多媒体服务为移动设备提供了高速数据传输的优势，让移动电话用户可存取各种新推出的音频、视频信息及包括电视节目在内的其他应用。到今天，第三代移动电话都已经相继登场，且一代比一代更可靠、功能更丰富、灵活性更高。

图1 移动通信业发展经历的三个阶段

高端移动电话的发展趋势随着每一代新技术的涌现，其所能支持的服务便越来越多样化，几乎想得到的都可以实现。目前，我们正跟随3G (第三代移动平台)、SmartPhone (智能电话) 及其他功能丰富的移动电话平台发展走向多媒体的时代。这些下一代平台在模拟和数字技术的基础上，为用户提供数字化的移动多媒体服务，涵盖、融合了语音、视频、图像、音频和其他信息的宽带移动通信服务，而且保证信号的质量和覆盖范围更佳。无线宽带接入功能让用户在3G手机上可快速浏览网页、观看视频流节目、下载3D游戏和进行视频对话。在大多数情形下，这些先进电话都具有主要的基本功能，包括数码相机、内存扩展插槽和内置多媒体播放器。图2为各种先进移动电话技术功能的历史和未来发展趋势。

图2 全球移动电话技术发展历史及趋势

从图2中可见，高端功能 (如视频、GPS和应用软件) 的增长率较快。电视接收预计会是未来几年发展最快速的移动电话功能。2006年会有1000万个具备电视接收功能的手机面市，较2005年增加500%。到2008年，预计约6000万个手机将有电视接收功能，即2007年的年增长率近300%，2008年的年增长率超过200%。然而，2006年整个手机市场份额预计会在8.5亿台左右，比2005年上升5%，在未来两年的年增长率预计仅为3%，即到2008年会有约8.95亿台。图2所列的其他功能也预计会在未来两年有15%～30%的增长，远远超过整体手机市场的年增长率。因此，电子器件供应商在未来几年内有很大的增长机会，即使在整体手机市场增长有限的阴影下，也能为移动电话突飞猛进的功能提供技术支持。互联网正成为人们主要的通信接口。高端移动电话现在已能让用户通过宽带连接访问互联网。3G平台的数据传输速率更可达到2.4Mb/s，其他平台稍微慢一些，实际的数据传输速率还与通话时所处的环境有关。通常，只有在室内和静止环境中才能实现最高的数据传输率；在高移动性环境下，数据速率会有所下降，降至144Kb/s。第三代移动电话促进了多种以往因数据传输速率限制而无法在移动网络上提供的新应用。这些应用包括网上浏览、文件传输和视频会议，甚至有可能实现远程访问和控制各种家用电器和设备 (即住家自动化)。由于3G所提供的带宽增加，这些应用的实现甚至比过去采用诸如GPRS的过渡技术更容易。设计面临的挑战随着新一代高端移动电话的出现，包括中国3G TD-SCDMA平台的问世，为业界带来了种种挑战。其中之一是如何在这个新架构下实现高效的电平转换。微处理器核的电压越来越低，现在一般都在1.5～1.8V。而现有许多外设技术通常都需要较高的工作电压，即 2.6～3.3V。处理器与外设，如LCD模块之间输入/输出电压的失配，使得这些器件很难配接，同时也很难把噪声容限维持在可接受的电平范围内，难以维持低静态泄漏电流。当今集成在先进移动电话中的外设器件包括数码相机、通信模块、可拆卸存储器和MP3播放器等。逻辑电平转换器允许在两种电压悬殊的平台之间顺利地交换数据，使这些外设能够与微处理器实现有效的配接，如图3所示。

图3 逻辑电平转换器实现系统与外设的有效配接

电路设计人员可从众多的双电压电平转换器中选择适合他们特定应用的电平转换产品，如图4所示。市场上有不同数位宽度的电平转换器，从1位到32位及更高数位的产品都有。有些转换器只支持单向数据流，有些则是双向的，即能够发送并接收数据，有些转换器甚至具备更高级的独立双工数据传输能力，可独立地选择每个数据位的流向。一般来说，电平转换器都非常容易融入设计中，因为它们的功耗很低，易于集成到电路中，而且有众多的封装形式可选，电平转换器都具有电平转换及其他高级功能，如三态I/O和断电保护电路。许多转换器的外形体积都很小，这对当今的超便携式应用尤其重要，因为这类应用的板卡空间都极其宝贵。

图4 不同宽度的电平转换器满足条件各种应用需求

转换器在大多数移动电话平台或其他任何需要电平转换的电路中都有很广的应用空间。随着手机集成的高级功能越来越多，其设计挑战将越来越大，逻辑电平转换器也会发展以满足相应的技术要求。数位较宽且可逐位（或自动）和独立地控制数据传输方向的电平转换器将有很大的需求量。由于手机越来越小巧轻薄，当中的板卡空间也会越来越小。举例说，飞兆半导体的20个端DQFN封装件就提供非常紧凑的占位尺寸（2.5mm×4.5mm），板卡占位面积只有11.25mm2，与占位面积为51mm2的TSSOP封装相比节省板卡空间近78%。除节省板卡空间外，这些封装的电气性能更好且板级可靠性更高，因为其落座的面积较传统的引脚封装更大。较之于引脚封装，DQFN封装还具有低寄生电容和低电感的优点，更有利于抑制噪声和端头间的串扰。(end)

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