便携产品3.5毫米多标准耳机接口的设计

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时至今日，手机的耳机接口越来越趋于标准化，不再是以前的各家自订标准。以前的8 p i n接口，1 2 p i n甚至更复杂的接口都是只有各家设计公司才知道具体定义。甚至同一家公司的耳机都有许多种，一旦耳机丢失，便会给用户带来极大的困扰。基于标准化和通用性的考虑，各大联盟纷纷联合，制定了相关标准，直径3 . 5毫米的耳机接口便成了共识，具体到管脚定义顺序，又可以细分为欧盟标准O MT P （ o p e n mo b i l e t e r mi n a l p l a t f o r m）的L / R / M/ G和美式标准C T I A （ C e l l u l a r T e l e c o mmu n i c a t i o n s I n d u s t r y As s o c i a t i o n ）的L / R / G / M，其代表分别是诺基亚、索爱和苹果、摩托罗拉。其最主要的区别就是GND和MI C位置正好对调。

针对耳机标准的差异化，又要满足欧美不同市场的需求，让我们来看看一些手机主流厂商的设计，如图1所示。

若手机需要支持欧标耳机，则耳机连接器的P i n 3是MI C ， P i n 4是G r o u n d ，那么与之对应的R 1 = 0Ω， R 2 = NC （ No t c o nne c t ） ， R3 =0Ω， R4 =NC；反之，如果手机需要支持美标耳机，则耳机的连接器的Pi n3是G r o u n d ， P i n 4是MI C ，那么与之对应的R 1 = NC ， R 2 = 0Ω， R 3 = NC ， R 4 = 0Ω。如果针对需求明确的欧标或者美标耳机设备，这种方式也是可以实现的。因为考虑到很多手机都支持F M r a d i o功能，所以按照惯例这里命名GND为GNDA并通过电感或磁珠等方式接到真正的手机地上。

下面我们仔细研究一下这种设计给用户和设计者所带来的影响。

1 . 为了满足支持不同制式耳机的手机，用户针对不同类型手机需要配备不同耳机，耗费了更多的成本，减弱了通用性。特别是对于音乐爱好者来说，一旦更换不同制式耳机的新手机，不得不舍弃以前花高昂代价购买的耳机，重新购买新的不同制式的耳机，导致不好的用户体验。

2 . 设计维护成本的增加。设计者为了满足欧洲和美洲标准的耳机的不同需求，增加器件例如多种零欧姆电阻，导致设计烦琐化，同时导致同一款产品针对不同市场需要不同的B O M表，以及维护不同B O M版本带来的维护成本。

3 . 无法区分三端四端耳机。如果用户插入三端耳机，若手机不做耳机三端/四端检测，那么手机判断到耳机插入后会开启MI C B I AS电压，导致系统增加0 . 5 mA的待机电流。若用户忘记拔掉耳机，那么手机待机功耗将会大大增加，极大地减少了待机时间。若在此过程中有电话进入，系统因不能判断三端耳机，会出现听到对方声音而对方听不到自己声音的问题。

鉴于两大耳机标准的差异化，我们能否考虑在手机端做到兼容设计，完全自适应的支持两种耳机接口，给用户带来更加体贴和友好的体验呢？F a i r c h i l d的耳机检测及自动配置的器件F S A8 0 4 9便是针对这样的情况设计的，作为业界第一个几乎纯硬件解决方案，它以1 . 1 6 mm×1 . 1 6 mm的极小尺寸可以满足便携式产品的应用需求。

我们再来看看F S A8 0 4 9方案的结构和应用框图，如图3所示。

其中E N由基带芯片的GP I O控制输出，拉高为工作状态，拉底为使能禁止，以便于芯片的功耗降到最低，此时芯片整体耗流为1 0 0 n A。C E X T可以悬空或者外接电容，来决定内部MI C / GND切换开关的缓慢打开和关断时间。

MI C脚将从耳机端接收到的微小信号经系统的MI C B I AS上拉（与MI C的F E T组成初级放大电路放大MI C的小信号），然后输入到系统的MI C 后经系统内的前置放大器放大再进入音频处理系统。

再来看看芯片是如何工作的，下面介绍芯片的工作原理。

其工作原理如下。

首先，在正确配置耳机与对应接口并插入耳机的情况下，经ADC测得MI C端电压V 1 ，以及耳机不插入MI C端电压V 2 ，并记录。

其次，在手机端，系统上电完成后，我们通过双通道模拟开关S e l选通B 0通道。

然后，ADC监控MI C端电压，若电压不为V 2 ，则表明有耳机插入。AD C产生中断并上报AP处理，并记录此时的端电压V 3 .

最后，应用处理（ AP ）根据测得的MI C端电压判断。若V 3 = V 1 ，则插入的耳机为L ， R ， MI C ， GND。若V 3≠V 1 ，再通过S e l选通B 1通道，检测MI C端电压V 3并记录， V 3 = V 1 ，则插入的耳机为L ， R ， G ND ， MI C。若V 3≠V 1，则插入为三端耳机L ， R ， G N D。

至此，判断并配置正确通道完成，手机与耳机建立正确的工作模式。

此方案从理论到实际应用皆可行，那么与飞兆半导体的专用耳机接口芯片相比又有何不同呢？

1 . 分立方案需要软件的参与，并占用应用处理器的处理时间，占用系统ADC资源，增加设计和调试的复杂度。相反，F S A8 0 4 9几乎纯硬件方式，自动识别自动判断，全程几乎无须应用处理器的介入，简化了设计，减少了调试时间。

2 . 分立方案需要一直打开手机端的MI C B I A S，与MI C B I A S一起完成判断。如果MI C B I AS发生变化，需要重新配置并调试。且时下流行的A p p l e高级耳机里是数字MI C ， MI CB I AS电压更高，很难实现对A p p l e高级耳机和普通欧标美标耳机的兼容。而F S A8 0 4 9的判断机制是无须MI CBI AS的参与的，经验证对时下所有流行耳机皆可兼容。同样的设计可移植到其他项目。同时因为F S A8 0 4 9在耳机插入初并未打通内部模拟开关，MI C B I AS有足够的充电时间给隔直电容充电，避免用户听到耳机插入时的p o p - c l i c k。

3 . 设计成本不菲。考虑到必须让耳机的地与手机的真实大地阻抗尽可能的小，需要选用通道导通电阻尽可能小的模拟开关，与F S A8 0 4 9芯片内部1 0 0 mΩ的开关相比，其整体成本接近甚至高于F S A 8 0 4 9方案的成本。

飞兆半导体致力提供提高用户体验，解决客户移动领域各种问题的模拟解决方案，后续还将推出一系列音频接口类芯片，包括F S A8 0 4 9的升级版本F S A8 0 5 0方案以及带线控功能的耳机接口智能识别并配置的高端方案F S A 8 1 5 0。