吳旭

（上海銳嘉科科技集團(tuán) 上海 201315）

基于WAS4732D模擬開(kāi)關(guān)的耳機(jī)識(shí)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(duì)不同耳機(jī)檢測(cè)的需求，提出了一種基于WAS4732D模擬開(kāi)關(guān)的耳機(jī)自動(dòng)識(shí)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(lái)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音信號(hào)通信和檢測(cè)，軟件部分實(shí)現(xiàn)相關(guān)邏輯狀態(tài)判斷，能夠完成對(duì)不同標(biāo)準(zhǔn)耳機(jī)的識(shí)別。實(shí)際應(yīng)用表明，該方案具有成本較低，邏輯控制簡(jiǎn)單、芯片小封裝設(shè)計(jì)等特點(diǎn)，達(dá)到了耳機(jī)自識(shí)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(huì)出現(xiàn)聲音很小，只有背景音而沒(méi)有人聲，手機(jī)耳機(jī)插在電腦上同樣也會(huì)出現(xiàn)類似問(wèn)題，說(shuō)明兩者存在兼容性問(wèn)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(guó)際上通用的手機(jī)耳機(jī)接口標(biāo)準(zhǔn)有兩種，一個(gè)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(guó)等市場(chǎng)為代表；一個(gè)是美國(guó)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(dòng)終端指定的耳機(jī)，否則就面臨無(wú)法通話和識(shí)別問(wèn)題。WAS4732D[1]模擬切換開(kāi)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(dòng)切換識(shí)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(guó)際上通用的手機(jī)耳機(jī)接口標(biāo)準(zhǔn)有兩種，一個(gè)是OMTP（Open Mobile Terminal Platform）的標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)是 CTIA（美國(guó)無(wú)線通信和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)會(huì)，America Standard）的標(biāo)準(zhǔn)[2]。

如圖1所示：

國(guó)際耳機(jī)四極接法：從最前頭開(kāi)始，L聲道/R聲道/MIC/ GND。

美標(biāo)耳機(jī)四極接法：從最前頭開(kāi)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(gè)接觸點(diǎn)進(jìn)行了前后互換。

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

如果錯(cuò)用了不同標(biāo)準(zhǔn)的耳機(jī)，就會(huì)出現(xiàn)聽(tīng)歌時(shí)，可能只聽(tīng)見(jiàn)其中一邊或者是伴奏的聲音。因?yàn)榈鼐€沒(méi)有了，被MIC系統(tǒng)給取代。輸出方式就會(huì)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(lè)就有可能被分離[3]。

圖2 手機(jī)錯(cuò)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(cè)）檢測(cè)到電平為0.17V，超出正常耳機(jī)識(shí)別有效門(mén)限（0.4V＜ACCDET＜1.7V）[4-5]。因此，出現(xiàn)耳機(jī)無(wú)法檢測(cè)或者識(shí)別到。

2.2 硬件電路實(shí)現(xiàn)

通過(guò)增加Will半導(dǎo)體的WAS4732D模擬開(kāi)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(shí)別。

圖3WAS4732D應(yīng)用圖

根據(jù)圖3芯片模擬開(kāi)關(guān)應(yīng)用圖，可以看出模擬開(kāi)關(guān)的SEL連接到Baseband的GPIO，作為使能控制。通過(guò)此模擬開(kāi)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(dòng)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(gè)重要功能器件，會(huì)面臨日常插入與拔出等操作。既要保證可靠性識(shí)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(lái)干擾問(wèn)題）。在聯(lián)發(fā)科（Mediatek）手機(jī)平臺(tái)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(huì)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(gè)高通濾波器，會(huì)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(yǔ)音低頻段信號(hào)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(gè)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(duì)于某些接口，用做產(chǎn)生中斷電平的作用。當(dāng)耳機(jī)沒(méi)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(dòng)終端使用在耳機(jī)模式下，耳機(jī)即為聽(tīng)筒。在滿足基本功能的同時(shí)，大家對(duì)耳機(jī)音質(zhì)越來(lái)越重視。手機(jī)語(yǔ)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(wú)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(tīng)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(guò)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(tīng)不到，但如果這個(gè)noise以一定的頻率（20～20 K之間）出現(xiàn)，就產(chǎn)生可聽(tīng)見(jiàn)的噪音。模擬開(kāi)關(guān)的SEL采用基帶芯片（Baseband）的GPIO控制，ACCDET作為附件檢測(cè)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(lái)實(shí)現(xiàn)判斷，然后由GPIO來(lái)控制SEL腳，進(jìn)行開(kāi)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(shí)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(tái)耳機(jī)檢測(cè)原理機(jī)制，提出一種采用此模擬開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)耳機(jī)自動(dòng)識(shí)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(jiǎn)單。在軟件上，主要是借助平臺(tái)的控制接口；在硬件上，是單純的模擬開(kāi)關(guān)，是一顆無(wú)源芯片，不會(huì)主動(dòng)輸出物理電氣變量，因此不會(huì)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(shì)。

[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(dòng)通信手持機(jī)有線耳機(jī)接口技術(shù)要求和測(cè)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(hào)：201508081

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