随着机顶盒的设计中加入了更多的新兴功能，例如支持视讯编程录像的硬盘、高密度闪存接口和视讯点播（VOD）功能，使得模拟开关可以持续且大量地被这类产品所采用。藉由选用正确的开关，设计人员不仅能缩短产品上市的时间及改善设计，还可以克服各种重要的设计挑战，例如：维持信号的完整性。在某些设计中，适当的开关还有助于减少材料列表（BOM）的成本。本文将探讨模拟开关在不同类型机顶盒应用中所扮演的角色，并阐述如何利用正确的开关来降低设计的复杂性及组件成本。

应用实例

IP数字机顶盒

随着终端用户对视讯点播和VoIP服务的需求不断增加，高传输量的视讯串流线路（video stream line）将透过因特网的联网设备如DSL或电缆调制解调器来操作。(图一)所示为一简单的功能方块图，说明IP机顶盒设计如何使用宽带模拟开关，以便为进来的100Base-T以太网络连接进行路由。与此同时，该开关还提供高度的弹性，将10/100 Base-T以太网络信号向另一个以太网络RJ-45接口回送，因而可以让终端用户方便地从机顶盒的前端使用以太网络功能。由于100Base-T电缆每对双绞线通常都是100Mbps，因此开关的带宽只要大于100MHz -3db，便适用于这类的应用。由于100Base-T采用全双工模式作业，因此相邻和非相邻串音性能对于减低双绞线对之间的相互干扰便非常重要了。模拟开关在这里提供的关键作用是去除在RJ45接口还未连接到PC时的悬接迹线，以及其他接头寄生电容，从而改善回波损耗。

具有个人视讯录像功能 （PRV）的机顶盒

具有个人视讯录像功能（PRV）的机顶盒已广泛地使用在终端用户之间，以便在离家或观赏其他电视节目时，录制所喜爱的电视节目。有一些机顶盒设计甚至加入多个RF输入来同时接收不同的电视节目，以便让用户可以在观赏一个节目时，还可以方便地来录制另一个节目。这类应用传统上都是采用较昂贵的继电器，在两个RF调谐解调器输出（CVBS）之间进行切换，这两个输出并且共享相同的模拟前端视讯译码器。传统继电器除了BOM成本较高外，体积也较大。由于今天及未来的市场对小巧和行动性设计的需求愈来愈高，因此，一个类似采用较小型封装模拟开关这种较佳的解决方案自然受到很大的欢迎，同时，在理论上，它还拥有可进行无限次切换的长久寿命。(图二)所示的单刀双掷（SPDT）低奥姆视讯开关就非常适合这类应用。由于大多数CVBS的带宽小于7MHz，基于CMOS技术建构的典型模拟开关便非常容易达到要求。在这类应用中选择适当视讯开关的标准是微分增益和差分相位，它们直接与色彩饱和度与色调亮度有关。FSA4157开关组件便是这种应用的理想选择，拥有低至1奥姆的导通电阻和8KV的HBM ESD（人体放电模型静电损害保护）性能。由于无需在开关位于视讯RCA连接器边缘的应用中外加ESD保护二极管，因此能进一步降低BOM的成本。

《图一 用于IP机顶盒中能改善以太网络信号回波损耗的模拟开关》

当然，要录制大容量的信息需要嵌入式内存如硬盘驱动器（HDD）。一般来说，ATA I/O是HDD与其控制器之间的标准接口。在一些因应终端用户需求而采用双硬盘驱动的设计中，16位SPDT开关可用来实现主硬盘和次硬盘之间的切换。总线开关在这里可用来将硬盘从ASIC中隔离出来，使得设计人员可以拥有高度的弹性，所提供的产品可以配备或不配备硬盘。与此同时，隔离硬盘还可保护内部控制器不受外部ESD静电损害。当然，在这类设计中，用5V驱动的总线开关必须要有足够的带宽（-3db）来通过高速的ATA数据串流。事实上，这对于以CMOS技术为基础的一般总线开关并不构成问题，其内部开关信道仅采用NMOS结构。仅有NMOS的结构能降低信道的寄生电容，并且有助于改善-3db的数据信道带宽。

具有双视讯输出的机顶盒

随着机顶盒朝向高分辨率（HD）视讯输出格式的方向发展，720p/1080i、甚至更高分辨率如1080p格式也逐渐出现在消费性电子市场上。有些视讯驱动器即使在DC耦合的情况下，例如双SCART输出，也可以驱动双视讯输出。通常，在一个时间只有一个输出连接来提供显示的功能，另一个则是浮接的（floating）。浮接输出会严重地影响HD的视讯信号图样的效果，换句话说，就是边缘失真或过冲失真或下冲失真等，而这是因为紧接在视讯驱动器上的非终端型连接器之传输线路问题所引起的。幸运的是，宽带视讯开关能够解决此一设计问题，当视讯输出不用时便会切断其线迹，如图二所示。由于高分辨率模拟视讯信号具有很快的上升/下降时间，因此开关必须要有足够的带宽信号才能通过。更宽的带宽对数据信道后端的A/D转换器尤其重要；有足够的带宽才能可靠地对有效模拟视讯信号进行采样，因为高分辨率像素频率的时段比标准清晰度视讯频率短很多。同时，当考虑到电视显示器一侧中还有一个75奥姆的远程端接电阻，插入损耗必须要够小才能降低色彩饱和度的损耗。通常，视讯开关只要具有5奥姆的导通阻抗就够了。但带宽需要大于500MHz 才能减低高分辨率视讯信号（如720p和1080p）中的非线性失真。开关的带宽越高，产生的失真越小。

《图二 数字PVR机顶盒中的标准/高分辨率视讯开关》

具有外部储存的机顶盒

除了嵌入式硬盘外，可移除的储存设备如高密度的闪存或其他小尺寸储存卡等都已广泛地应用在可携式产品的设计中，包括手机和数字相机等，以满足不断成长的市场需求。未来的机顶盒也会具备足够的智能，以读取这些储存设备及驱动电视来显示数字相机的照片。如(图三)所示，在这类应用中，一般机顶盒的核心CPU USB输出会与嵌入式或可移动式储存控制器共享同一接口，以便与PC主机通信。这里必须使用宽带的高速USB开关来克服设计中的难题，原因有两项：首先，高速USB 2.0信号具有很快的上升/下降时间（500ps），这就要求开关能切断所有无用的线迹，从而将反射信号降到最低，同时改善符合性测试所要求的开眼（eye opening）指针。 其次，CPU和闪存控制器的输出都有1.5K的升压电阻，两者必须互相隔离以降低电势的波动。

选择正确的开关来降低BOM成本

模拟开关除了能解决上述设计难题外，在某些应用中采用适合的开关还能协助设计人员大幅度降低BOM的成本及节省电路板的空间。如(图四)所示，某些机顶盒本身就能驱动电视的复合视讯输出如CVBS。当机顶盒处于待机状态时，其他外部的视讯源如VCR或DVD播放器等也可直接驱动电视。在这些应用中，需使用正确的开关组件来进行机顶盒音/视讯编码器输出与VCR/DVD播放器A/V输入之间的切换，以便共享一个显示器。此处所用之开关组件的一个主要缺点是其导通阻抗高（高达100奥姆），如果将开关输出直接连接到电视上，将造成视讯亮度损耗。通常采用一个简单的缓冲（如用分立的NPN组件）便可将开关从电视侧的75奥姆端接电阻隔离开来。

《图三 具有外部储存连接的机顶盒中之高速USB开关》

在添加NPN后，NPN的基部需要施加DC偏置电压，这意味着将增加额外的组件成本，如AC耦合电容、电阻以及用于稳定DC偏置电压的铁氧体磁环（ferrite bead），以防止串入电源VCC低鸣。所有这些附加成本都是因为开关组件的高导通阻抗所导致的。如能选择低导通阻抗的开关，便可省掉所有这些额外的组件，由于省去了那些大型的电阻和电容，电路板的面积因而可以大幅缩小。适当的开关组件所具备的低带宽特性能带来比典型CMOS视讯开关更高的微分增益和差分相位，后者并具有卓越的色彩饱和稳定性和色调。(图四)显示了采用两种不同开关组件前后的结构性快速比较，显示出分离组件的使用数目大幅减少，比例为9：1。

《图四 低导通阻抗音/视讯开关能降低机顶盒设计的BOM成本》

结论

低导通阻抗音/视讯开关能降低机顶盒设计的BOM成本除了传统的数字视频译码功能外，机顶盒已逐渐在家电中扮演起举足轻重的角色，并提供更多的智能型功能，如VoIP和视讯点播等。未来的设计将广泛地采用高性能模拟开关，以加快产品上市时间。专用的宽带视讯开关能提高信号的完整性，协助设计人员解决高分辨率的设计难题。除了能透过在视讯输出之间共享连接器来降低传统BOM的成本外，更高性能的视讯和以太网络开关将有助于减少外部分离组件的数目，进一步降低BOM的成本，并能节省电路板的空间。机顶盒市场是另一个具有庞大成长潜力的市场，尤其是在中国更是如此。在中国的国家广播电影电视总局订下以2015年全面实施电视系统数字化的目标后，这个市场就更具有吸引力了。

高分辨率视讯格式和低成本通信（如VoIP）的发展，也会为此一区域内的机顶盒和专用开关市场带来巨大的推动力量。

[2] D.A. Smolyansky, Time Domain Network Analysis:Getting S-parameters from TDR/T Measurements - Infiniband PlugFest, 2004＞

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