白天端坐于布达拉宫,我是雪域最大的王;夜晚流浪在拉萨街头,我是世间最美的情郎 - 仓央嘉措
仓央嘉措十五岁在西藏做王,不仅是年轻的王,更是浪漫的情郎,他总在经书的边缘空白处给心爱的姑娘写藏文情诗。
而模拟开关,Analog switch,究其功能的本质,就像仓央嘉措分身有术一样,可在系统接口资源不够时进行分时复用,按需选择信号路径,提供高性价比的信号路由方案。
于手机设计来说,它就像岔路口一样,在功能模块和外部接口之间,按需切换信号链路,实现硬件复用,节省空间与成本。根据手机中的应用场景,模拟开关可用于切换音频模拟信号、USB信号、MIPI信号等。
手机应用之双扬音频开关
传统听筒(RCV,Reciever的缩写)只为语音通话而工作,频宽窄,尺寸小。直到后来,有的厂商借用听筒作为立体声扬声器之一(上扬),听筒遂成为“听筒扬声器”,听筒的声音大一些,基本上就可以满足立体声的要求了。这便要求听筒同时具备听筒和外放两种模式,所以把原来的32Ω常规听筒变更为6Ω听筒。

此时的听筒相当于是个二合一功能的器件,那如何实现合理的驱动才能兼容这两种功能呢?业界的实现方式大致有两种方案:
1、双路单刀单掷开关做隔离
如下图,Smart PA所输出的是高电压的D类驱动信号,用于驱动扬声器以提供高音量。但如果其输出电压直连到听筒驱动,则有可能损坏听筒驱动(采用低压技术设计)。我们可以在听筒驱动器和高电压D类扬声器驱动器之间放置一个模拟开关来提供隔离。
- 听筒应用时,模拟开关闭合,听筒驱动工作,扬声器驱动关闭;
- 扬声器应用时,模拟开关断开,扬声器驱动工作,听筒驱动关闭。

2、单路单刀单掷开关做复用
如下图,与方案一相比,可以变换下思路,听筒与扬声器的驱动都取自Smart PA。但扬声器模式和听筒模式的驱动电流是不一样的,扬声器的声音大,驱动电流大;作为听筒的时候声音小,驱动电流小,那么如何兼容这两种模式呢?
如下图(来自etek官网),使用一个单刀单掷模拟开关,默认是听筒模式,但串联了一个十几欧姆的电阻,相当于给电流穿了小鞋,声音自然会小。而外放模式(上扬)则受AP控制而走开关,开关的内阻远小于十几欧姆,故声音较大。

手机应用之Type-C口音频开关
手机Type-C接口侧通常有一颗模拟开关芯片,在行业内也被称为音频开关(audio switch),支持USB2.0通信、模拟耳机音频、DP(Display Port)音频、充电协议信道等功能。
因为手机只有一个Type-C口,而这个Type-C口要实现多种连接,比如连接电脑读数据(USB 2.0通信),连接Type-C耳机听歌,但是在手机内部,USB2.0信道和耳机的信道肯定是不同的,那么该怎么办呢?
通过模拟开关切换通路,如下图所示。

该开关通常需要具备如下关键特性:
- 由于通道要传输USB2.0信号,因此要能cover住USB2.0 480Mbps的带宽,因此开关的-3dB带宽达到750MHz以上。
- 因为Type-C口的VBUS充电时可达20V,所以音频开关的CC_IN、DN_L、DP_R、SBU1、SBU2管脚设计为要耐20V的高压。
- 由于也要传输音频模拟信号,而音频信号是双极性的,有正有负,所以需要支持负压。音频开关的信号电压范围通常为:-3V ~ +3V。
- 由于也要传输音频模拟信号,而音频信号是不能较大程度失真的,否则用户听音乐的体验差,所以也要约束音频开关的总谐波失真(THD+N)参数,该参数通常为=-110dB(@1VRMS,f=20Hz~20kHz,32Ω负载)。
手机应用之摄像头MIPI开关
初期,手机影像爆发的时候,手机厂商喜欢堆料,故手机上搭载的摄像头越来越多。而此时手机AP的CSI(Camera Serial Interface)接口有限,不可能给每个摄像头都分配CSI接口,所以有的手机项目通过模拟开关来先实现MIPI信号的切换。
如下图,以艾为AW35646为例,其内部集成多路SPDT模拟开关,可以实现单路AP MIPI接口在两种类型摄像头之间的分时复用,让其雨露均沾。

由于MIPI通信属于高速通信,因此该模拟开关的选型稍微复杂些,需要特别注意信号完整性的设计,关键选型参数有:
- 高带宽和匹配阻抗:MIPI信号速率很高,开关必须具有足够高的带宽和精准控制的阻抗(如差分阻抗100Ω±20%),以避免信号反射和眼图闭合。
- 低串扰和关断隔离:确保未选通的通道不会干扰工作中的高速信号。
需要说明的是,平台也会与时俱进,比如高通,如果他们发现摄像头类型可能有变多的趋势,也会在AP的设计上增加CSI接口。于是摄像头MIPI开关是昙花一现结局,被高通这种幕后大佬给踢出历史舞台了。
手机应用之屏幕MIPI开关
与上述摄像头的机理相同,初期,折叠屏手机或者大小屏手机,为了先实现单路AP MIPI信号驱动两块屏幕,也需要模拟开关实现信号的切换,比如Diodes的four-lane MIPI SPDT开关。
