基于WAS4732D模擬開關(guān)的耳機(jī)識別方案

吳旭

（上海銳嘉科科技集團(tuán) 上海 201315）

基于WAS4732D模擬開關(guān)的耳機(jī)識別方案

吳旭

（上海銳嘉科科技集團(tuán) 上海 201315）

為了實(shí)現(xiàn)對不同耳機(jī)檢測的需求，提出了一種基于WAS4732D模擬開關(guān)的耳機(jī)自動識別設(shè)計(jì)方案，并完成系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。該方案的硬件部分主要用來實(shí)現(xiàn)語音信號通信和檢測，軟件部分實(shí)現(xiàn)相關(guān)邏輯狀態(tài)判斷，能夠完成對不同標(biāo)準(zhǔn)耳機(jī)的識別。實(shí)際應(yīng)用表明，該方案具有成本較低，邏輯控制簡單、芯片小封裝設(shè)計(jì)等特點(diǎn)，達(dá)到了耳機(jī)自識別設(shè)計(jì)要求。

便攜式終端；歐標(biāo)；美標(biāo)；邏輯；切換

我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)手機(jī)耳機(jī)不能隨便插在別的品牌手機(jī)上，可能會出現(xiàn)聲音很小，只有背景音而沒有人聲，手機(jī)耳機(jī)插在電腦上同樣也會出現(xiàn)類似問題，說明兩者存在兼容性問題。耳機(jī)按尺寸分：3.5 mm和2.5 mm（已經(jīng)很少使用）；按照插頭段數(shù)分：3段式（不帶麥克）和4段式（帶麥克），其中4段式國際上通用的手機(jī)耳機(jī)接口標(biāo)準(zhǔn)有兩種，一個是歐洲的標(biāo)準(zhǔn)OMTP（Open Mobile Terminal Platform）的標(biāo)準(zhǔn)，以Nokia品牌和中國等市場為代表；一個是美國的標(biāo)準(zhǔn)，以HTC/ Samsung/Iphone等品牌為主要代表。兩者不同之處，在于接口的GND和MIC順序不同。這樣就導(dǎo)致消費(fèi)者需要使用移動終端指定的耳機(jī)，否則就面臨無法通話和識別問題。WAS4732D[1]模擬切換開關(guān)具有低阻抗便于邏輯控制等特性，非常適合于便攜設(shè)備的耳機(jī)自動切換識別應(yīng)用。

1 WAS4732D芯片功能介紹

1）低導(dǎo)通阻抗

→Gnd切換時(shí)，阻抗為100 mΩ；

→Mic切換時(shí)，阻抗為4.5 Ω。

2）先斷后合切換模式，保證切換穩(wěn)定性。

3）在控制范圍內(nèi)低靜態(tài)電流功耗。

4）小型化DFN封裝工藝，尺寸僅為2 mm×2 mm。

2 WAS4732D在設(shè)備中應(yīng)用設(shè)計(jì)

2.1 耳機(jī)標(biāo)準(zhǔn)

國際上通用的手機(jī)耳機(jī)接口標(biāo)準(zhǔn)有兩種，一個是OMTP（Open Mobile Terminal Platform）的標(biāo)準(zhǔn)，一個是 CTIA（美國無線通信和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)會，America Standard）的標(biāo)準(zhǔn)[2]。

如圖1所示：

國際耳機(jī)四極接法：從最前頭開始，L聲道/R聲道/MIC/ GND。

美標(biāo)耳機(jī)四極接法：從最前頭開始，L聲道/R聲道/GND /MIC。

圖1OTMP與CTIA標(biāo)準(zhǔn)耳機(jī)

兩者不同之處，就是地系統(tǒng)和MIC系統(tǒng)兩個接觸點(diǎn)進(jìn)行了前后互換。

對耳機(jī)設(shè)備制造商來說，需要根據(jù)不同地域設(shè)計(jì)不同接口定義耳機(jī)；對手機(jī)終端使用者來說，需要使用手機(jī)專門指定或與該手機(jī)相匹配耳機(jī)。

如果錯用了不同標(biāo)準(zhǔn)的耳機(jī)，就會出現(xiàn)聽歌時(shí)，可能只聽見其中一邊或者是伴奏的聲音。因?yàn)榈鼐€沒有了，被MIC系統(tǒng)給取代。輸出方式就會變成左右聲道連接到MIC系統(tǒng)，再連接到地線的現(xiàn)象。當(dāng)MIC是電容式時(shí)，這樣音樂就有可能被分離[3]。

圖2 手機(jī)錯插不匹配耳機(jī)等效電路

從圖2可以看出，與手機(jī)不匹配耳機(jī)插入時(shí)，ACCDET（Accessory detection，附件檢測）檢測到電平為0.17V，超出正常耳機(jī)識別有效門限（0.4V＜ACCDET＜1.7V）[4-5]。因此，出現(xiàn)耳機(jī)無法檢測或者識別到。

2.2 硬件電路實(shí)現(xiàn)

通過增加Will半導(dǎo)體的WAS4732D模擬開關(guān)，做到MIC與GND切換，較好的實(shí)現(xiàn)兩者不同標(biāo)準(zhǔn)耳機(jī)兼容和自適應(yīng)識別。

圖3WAS4732D應(yīng)用圖

根據(jù)圖3芯片模擬開關(guān)應(yīng)用圖，可以看出模擬開關(guān)的SEL連接到Baseband的GPIO，作為使能控制。通過此模擬開關(guān)內(nèi)部切換機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了耳機(jī)端第3和4段GND/MIC兩者切換。完成耳機(jī)MP3通道與耳機(jī)麥克通話等功能。

耳機(jī)作為手機(jī)或者移動終端附件設(shè)備，終端必須具有與此匹配的插座才能實(shí)現(xiàn)耳機(jī)相應(yīng)的功能。插座作為設(shè)備一個重要功能器件，會面臨日常插入與拔出等操作。既要保證可靠性識別，又要滿足耳機(jī)的基本通話和MP3功能前提下，同時(shí)保證性能 （比如大功率等情況下導(dǎo)致帶來干擾問題）。在聯(lián)發(fā)科（Mediatek）手機(jī)平臺耳機(jī)插座硬件設(shè)計(jì)如圖4所示[6-7]。

圖4 手機(jī)耳機(jī)接口電路

其中 B603、B604磁珠和 33 pF電容是為了濾除 900 MHz的TDD noise（TDD Division Distortion）。但需要注意33 pF電容下地需要比較干凈的地，否則會引入一定的背景噪音。在耳機(jī)MP3通道的RC值，決定了耳機(jī)通道的截止頻率和聲音大小。在線路中構(gòu)成一個高通濾波器，會砍掉截止頻率以下的頻率。其中fc=1/2π（Rs+RHP）C，其中RHP為耳機(jī)阻抗，正常阻抗為32Ω，C為圖中C618（22 μF）電容。RS為MP3通道串接電阻，能夠豐富語音低頻段信號能量。振幅衰減amplitude[dB]=20log RHP/（RS+RHP）。

R606、R607為10 kΩ電阻接到地，有如下兩個方面作用：

1）用做de-pop的作用，防止電平的階躍變化導(dǎo)致pop音；

2）對于某些接口，用做產(chǎn)生中斷電平的作用。當(dāng)耳機(jī)沒有插入時(shí)，VEINT=（1.8 V*10 K）/（470 K+10 K）=0.03 V；當(dāng)耳機(jī)插入后，VEINT=（1.8 V*470 K）/（470 K+10 K）=1.76 V。根據(jù)VEINT電平變化，產(chǎn)生中斷至基帶芯片，判斷為耳機(jī)插入或拔出。

當(dāng)手機(jī)或移動終端使用在耳機(jī)模式下，耳機(jī)即為聽筒。在滿足基本功能的同時(shí)，大家對耳機(jī)音質(zhì)越來越重視。手機(jī)語音通道可以采用單通道或者雙通道，從抗干擾和增強(qiáng)音質(zhì)立體感角度，以采用雙通道（或差分電路）居多。由于一些實(shí)際限制無法做到完全差分電路情況下，采用假差分或者類似差分電路設(shè)計(jì)。耳機(jī)模式下聽筒電路如圖5所示。

圖 5中 C634、C636電容同樣是濾除 900 MHz的 TDD Noise，C635作為濾除差模噪聲。C630、C631為AC（通過交流隔斷直流）耦合電容，同時(shí)與Baseband芯片內(nèi)部電阻構(gòu)成高通濾波器。B601、B602為磁珠，主要濾除高頻部分干擾。磁珠可以等效于電阻和電感的串聯(lián)，但比普通的電感具有更好的高頻濾波特性。在高配時(shí)呈現(xiàn)阻性，所以能在相當(dāng)寬的頻率范圍內(nèi)具有較高的阻抗，從而提高高頻濾波效果。此高頻noise，雖然其本身聽不到，但如果這個noise以一定的頻率（20～20 K之間）出現(xiàn)，就產(chǎn)生可聽見的噪音。模擬開關(guān)的SEL采用基帶芯片（Baseband）的GPIO控制，ACCDET作為附件檢測功能。

2.3 軟件控制流程

根據(jù)WAS4732D芯片特征和耳機(jī)部分電路設(shè)計(jì)，此芯片需要借助軟件來實(shí)現(xiàn)判斷，然后由GPIO來控制SEL腳，進(jìn)行開關(guān)的切換。軟件控制流程如圖6所示。

圖5 手機(jī)耳機(jī)麥克切換電路

圖6 耳機(jī)識別軟件流程圖

3結(jié) 論

文中在介紹耳機(jī)標(biāo)準(zhǔn)和WAS4732D芯片特性基礎(chǔ)上，根據(jù)手機(jī)平臺耳機(jī)檢測原理機(jī)制，提出一種采用此模擬開關(guān)來實(shí)現(xiàn)耳機(jī)自動識別方案。本方案能有效實(shí)現(xiàn)歐美標(biāo)耳機(jī)兼容，實(shí)施簡單。在軟件上，主要是借助平臺的控制接口；在硬件上，是單純的模擬開關(guān)，是一顆無源芯片，不會主動輸出物理電氣變量，因此不會造成系統(tǒng)被拉死等導(dǎo)致手機(jī)異?，F(xiàn)象。同時(shí)，比其他同類功能方案相比，具有較大的成本優(yōu)勢。

[1]Will Semiconductor.WAS4732D datasheet[M].China:Will Semiconductor，2013.

[2]Edward Zhang.Fairchild Solutions in smart phone[C].Fairchild，2014：24-26.

[3]Allen Lin.ACCDET Design Note[C].Mediatek，2012：5-8.

[4]Allen Lin.Accessory Detection Introduction V1.0.Mediatak[C]，2012：6-9.

[5]ShangYing Chung.MT6322_PMIC_Datasheet_V0.1[M].MediaTek，2013.

[6]YD/T 1885-2009.移動通信手持機(jī)有線耳機(jī)接口技術(shù)要求和測試方法[S].

[7]陳浩.從應(yīng)用到創(chuàng)新手機(jī)硬件研發(fā)與設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2014.

Design of headset recognition based on WAS4732D analog switch

WU Xu
（Ragentek Technology Group of Shanghai，Shanghai 201315，China）

In order to achieve the different headset detection，this paper proposes a headset automatically identify design solution based on WAS4732D analog switch，and completes the hardware and software design of the system.Hardware part of the scheme is mainly used to realize audio communication and speech signal detection，the software part for relevant logic state judge，able to complete the recognition of different standard headphones.Actual application shows that the scheme has a lower cost，simple logic control，small packaging design，etc，has reached the headset to identify the design requirements.

mobile terminal；European standard；American standard；logic；switch

TN929.53

A

1674－6236（2016）18-0188-03

2015-08-15 稿件編號：201508081

吳 旭（1977—），男，上海人，碩士。研究方向：信號與信息處理，移動終端硬件設(shè)計(jì)。