【应用】模拟开关插头电路中的“妙用”，一个GPIO驱动两个LED，助力小尺寸充电器
随着智能硬件的飞速发展，可穿戴电子产品的日益普及，电子产品小型化，微型化已经成为趋势。另外随着移动终端的广泛普及，电池供电的设备越来越多，智能手机，智能手表，智能手环等越来越多的可穿戴电子产品的朝着多样化，精致化的方向发展，产品的设计也越来越具难，特别是充电线的小型化设计遇到了不小的挑战，低成本的磁吸式充电线成为主流，另外为了防水，充电线的充电头一般都设计成嵌入式金属针的接触方式，而除了充电的要求外，还需要预留数据通讯功能，有限的空间，充电头和设备端的连接pin数不可能很多，而且需要在充电头上显示充电状态。笔者就收到客户的充电线设计需求如下：
1. 最大3A充电
2. USB数据通讯
3. 充电时显示橙色
4. 充满时显示绿色
5. 最多5个pogo pin接触
从设计需求上看，充电VBUS，GND，D+，D-用去四个pogo pin，显示充电状态的仅仅就剩一个pogo pin了，这就需要用一个GPIO控制两个LED灯来显示不同的颜色。我们很快设计出了了充电线磁吸头的电路，PCB尺寸也可以做到很小，电路如图1所示：
图1，磁吸充电头电路
该电路LED_CTL为高电平时，LED1(Green)点亮，LED2(Orange)不亮，指示设备正在充电；LED_CTL为低电平时，LED1(Green)不亮，LED2(Orange)点亮，指示设备充电结束。但是后面测试发现LED_CTL为MCU的逻辑电平，电压为3.3V，而LED供电的电压5V，造成无法正常驱动，由于R3和R4分压为2.5V，LED_CTL为3.3V，压差过低，LED的正向压降为2.4V，无法驱动LED1。但是为了充电头的小尺寸不能增加电路。通过在世强的网站查询资料，发现用模拟开关可以解决这个问题，利用在设备端的GPIO控制模拟开关切换LED_CTL接入VBUS或GND来驱动这个两个LED，如图1电路图中的注释，LED_CTL接VBUS（+5V），可以点亮LED1(Green)指示正在充电，LED_CTL接GND时，LED2(Orange)点亮指示充电结束。这样可以完美的解决用一个GPIO驱动两个LED的问题，而且也没有用推挽MOS对管驱动两个LED亮度不同的问题。
本项目使用到了聚洵（Gainsil）推出的GS4157，是一种高带宽、具有快速动作能力的SPDT单刀双掷CMOS开关。它可以用作模拟开关或低延迟总线开关。GS4157/4157B规定了一个宽的工作电源电压范围——从1.65V~5.5V，在1.65V时的最大导通电阻为5.1欧姆，在2.3V时的最大电阻为3.9欧姆，在4.5V时的最大电阻为2.85欧姆。先断后合开关可防止同时启用两个开关，消除了切换期间的信号干扰。
在本应用中最关键的参数是控制端S的的逻辑电压可以兼容3.3V的MCU GPIO的驱动，而供电电压可以为选择5V或3.3V，控制端S不受供电电源的限制，可以用小信号驱动。
表1 GS4157 逻辑电平
从以上分析，保持了充电头电路不变的情况下，在设备端增加一个模拟开关巧妙的解决了一个GPIO驱动两个LED等的问题，缩小了充电头的体积，设备端的电路图2所示。
图2，设备端模拟开关部分电路
最终，笔者利用聚洵（Gainsil）推出的GS4157-FR单刀双掷模拟开关，巧妙的解决一个GPIO控制两个LED的问题，而且兼容了不同的电压驱动，保持了小尺寸充电器电路的设计小巧，简单，受到客户的一致好评，如图3是实物充电头的PCBA，仅供参考！
图3，充电头PCBA小板
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