吳旭

（上海銳嘉科科技集團 上海 201315）

基于WAS4732D模擬開關(guān)的耳機識別方案

吳旭

（上海銳嘉科科技集團 上海 201315）

為了實現(xiàn)對不同耳機檢測的需求，提出了一種基于WAS4732D模擬開關(guān)的耳機自動識別設計方案，并完成系統(tǒng)的軟硬件設計。該方案的硬件部分主要用來實現(xiàn)語音信號通信和檢測，軟件部分實現(xiàn)相關(guān)邏輯狀態(tài)判斷，能夠完成對不同標準耳機的識別。實際應用表明，該方案具有成本較低，邏輯控制簡單、芯片小封裝設計等特點，達到了耳機自識別設計要求。

便攜式終端；歐標；美標；邏輯；切換

我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)手機耳機不能隨便插在別的品牌手機上，可能會出現(xiàn)聲音很小，只有背景音而沒有人聲，手機耳機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耳機接口標準有兩種，一個是歐洲的標準OMTP（Open Mobile Terminal Platform）的標準，以Nokia品牌和中國等市場為代表；一個是美國的標準，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。這樣就導致消費者需要使用移動終端指定的耳機，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，非常適合于便攜設備的耳機自動切換識別應用。

1 WAS4732D芯片功能介紹

1）低導通阻抗

→Gnd切換時，阻抗為100 mΩ；

→Mic切換時，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在設備中應用設計

2.1 耳機標準

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

如圖1所示：

國際耳機四極接法：從最前頭開始，L聲道/R聲道/MIC/ GND。

美標耳機四極接法：從最前頭開始，L聲道/R聲道/GND /MIC。

圖1OTMP與CTIA標準耳機

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

對耳機設備制造商來說，需要根據(jù)不同地域設計不同接口定義耳機；對手機終端使用者來說，需要使用手機專門指定或與該手機相匹配耳機。

如果錯用了不同標準的耳機，就會出現(xiàn)聽歌時，可能只聽見其中一邊或者是伴奏的聲音。因為地線沒有了，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MIC是電容式時，這樣音樂就有可能被分離[3]。

圖2 手機錯插不匹配耳機等效電路

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

2.2 硬件電路實現(xiàn)

通過增加Will半導體的WAS4732D模擬開關(guān)，做到MIC與GND切換，較好的實現(xiàn)兩者不同標準耳機兼容和自適應識別。

圖3WAS4732D應用圖

根據(jù)圖3芯片模擬開關(guān)應用圖，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)部切換機制，實現(xiàn)了耳機端第3和4段GND/MIC兩者切換。完成耳機MP3通道與耳機麥克通話等功能。

耳機作為手機或者移動終端附件設備，終端必須具有與此匹配的插座才能實現(xiàn)耳機相應的功能。插座作為設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，又要滿足耳機的基本通話和MP3功能前提下，同時保證性能 （比如大功率等情況下導致帶來干擾問題）。在聯(lián)發(fā)科（Mediatek）手機平臺耳機插座硬件設計如圖4所示[6-7]。

圖4 手機耳機接口電路

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MP3通道的RC值，決定了耳機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致pop音；

2）對于某些接口，用做產(chǎn)生中斷電平的作用。當耳機沒有插入時，VEINT=（1.8 V*10 K）/（470 K+10 K）=0.03 V；當耳機插入后，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，判斷為耳機插入或拔出。

當手機或移動終端使用在耳機模式下，耳機即為聽筒。在滿足基本功能的同時，大家對耳機音質(zhì)越來越重視。手機語音通道可以采用單通道或者雙通道，從抗干擾和增強音質(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計。耳機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。在高配時呈現(xiàn)阻性，所以能在相當寬的頻率范圍內(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芯片特征和耳機部分電路設計，此芯片需要借助軟件來實現(xiàn)判斷，然后由GPIO來控制SEL腳，進行開關(guān)的切換。軟件控制流程如圖6所示。

圖5 手機耳機麥克切換電路

圖6 耳機識別軟件流程圖

3結(jié) 論

文中在介紹耳機標準和WAS4732D芯片特性基礎上，根據(jù)手機平臺耳機檢測原理機制，提出一種采用此模擬開關(guān)來實現(xiàn)耳機自動識別方案。本方案能有效實現(xiàn)歐美標耳機兼容，實施簡單。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)被拉死等導致手機異?，F(xiàn)象。同時，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.移動通信手持機有線耳機接口技術(shù)要求和測試方法[S].

[7]陳浩.從應用到創(chuàng)新手機硬件研發(fā)與設計[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，移動終端硬件設計。