手机的音频插孔检测解决方案

中心议题：
    * 手机的音频插孔检测解决方案
解决方案：
    * 比较器和相应的电阻和电容解决方案
    * 音频插孔检测开关解决方案

音频插孔已成为智能手机应用的标准配置。用户可利用音频插孔插入带有麦克风的耳机(4 极) 或立体声耳机(3极)。现有的系统设计允许手机检测 3 极或 4 极配件，以及检测Send/End键，但这种设计本身存在功耗、检测错误和音频杂音(爆破音或滴答声)等问题。这些在功能和音频质量方面的问题可能会带来 不良的用户体验。而飞兆半导体新推出的音频插孔检测开关FSA8008可在音频插孔、基带处理器和麦克风前置放大器之间提供一个接口。新器件能够自动检测 出插入音频插孔的是何种设备，并解决相关软件问题。此外，它们还能大幅减小系统电流和PCB占位空间，并消除麦克风偏置电路所造成的插入爆破音或滴答声。

现有解决方案：
现有的音频插孔检测解决方案采用分立式元件设计，一般是比较器和相应的电阻和电容 (见图 1)。这种设计存在一些固有缺陷，而这些缺陷会导致电流浪费及音频杂音等用户接口问题。电路中的比较器作用有二：一是在3极(立体声耳机)或 4极(带麦克风的耳机)音频插头之间进行检测，二是检测Send/End键的按压。如果插入的是一个 3 极插头，麦克风线被下拉到GND，比较器输出一个Low信号给基带。若连接4 极插头，麦克风线通常为1.8V， 属于不按压Send/End键情况。按下Send/End键时，麦克风线对地短路，比较器输出一个Low信号给基带。这就带来一个基本问题――如果连接4 极耳机，同时按下Send/End键，基带记录下3极插孔，系统可能永远无法恢复。

此外，这种设计还增加了两个重要部件的电流消耗。用来设置比较器基准电压的电阻分压器与电源直接相连，即使没有音频插头插入，也一直存在 28µA的耗电量 (图 1中的 I2)。麦克风偏置电路并非与系统设置隔离。如果连接4极插头，并且不需要麦克风，则麦克风偏置电路经由RMIC 和麦克风消耗的电流超过500uA(图 1 中的I1)。即使无门控，麦克风偏置电路也会产生插入爆破音或滴答声等杂音问题。麦克风线一般是音频插孔的第 4极，当插头插入或拔出时，左、右扬声器端子刮擦(scrape)麦克风偏置电路，产生插入爆破音或滴答声。所有这些问题都会增加系统设计与相关软件开发 的复杂性，并导致用户体验不佳。

音频插孔检测开关：
随着手机制造商对用户体验的日益关注与努力提升，一种新的功能器件应运而生：音频插孔检测开关。像FSA8008这类检测开关器件，可连接音频插孔、基带 和麦克风前置放大器(图2)。它们主要是解决现有解决方案存在的问题，同时提供更多的功能特性，如节省电路板空间、提高ESD性能、简单的基带接口，以及 自动复位。

解决Send/End卡键问题：
当用户插入耳机，并按住Send/End键时，手机会把4极耳机误识别为3极立体声耳机。在这种模式下，麦克风前置放大器关断，耳机麦克风不工作。此外， 手机也永远不会从这种状态中恢复，从而导致用户体验不佳。在检测 3极插头时，像 FSA8008 这样的音频插孔检测开关可通过不断监测麦克风偏置电压来解决此问题。如果检测到 3 极插头，FSA8008中的专用电路会在短时间内关断连接音频插孔第4极和麦克风偏置电压的开关。这时，若麦克风线电压等于接地电压，则连接的仍是3极插 头；若麦克风线电压大于200mV，则插入的是4极耳机。该器件会识别这种变化，并把JPOLE 引脚上的更新信号输出到基带。于是，手机可以从错误中恢复，麦克风将正常工作。这种解决方案通过自动校正错误和更新系统，解决了用户体验不佳的问题。

减小系统电流：
现有的系统设计不是一种低功耗解决方案，这表现在两个方面。一是因设置比较器基准电压(图 1 中的I2 = 28µA ) 而带来的漏电流，另一个是当连接耳机并且不需要麦克风时 (图 1 中的I1 大于 500µA)的漏电流。而新的检测开关把比较器、基准电压、开关及逻辑电路都整合在一个器件中，从而可大大减少系统电流。在现有解决方案 (图 1)中，仅比较器和基准电压的耗电量就达48µA (比较器 = 20µA + 基准电压 = 28µA)。而即使在最坏情况下，FSA8008这样的检测开关的最大耗电量也只有25µA，节省了至少一半的耗电量。此外，检测开关还可以检测到音频插 头何时插入或拔出；若插头拔出，检测开关会自动进入低功耗状态，这时最大耗电量只有 3µA。

了解手机的电流工作情况有助于进一步降低电流。例如，在MP3模式中，Send/End键可用于播放和暂停(Play and Pause)，但不需要麦克风。在现有解决方案中，需要麦克风偏置电路来识别Send/End键的按压。麦克风偏置电路经由 RMIC 和麦克风产生大于 500µA 的泄漏电流。音频插孔检测开关则可以监测Send/End键的按压来减小这一电流。像Send/End键这样的人机接口，输入精度只有几百毫秒。这样，检 测开关只需在短时间内对Send/End键进行监测。为了监测Send/End键，内部开关关断，然后利用麦克风偏置电路识别Send/End键按下与 否。如果检测到键被按下，Send/End键恢复，并通知基带。如果没有检测到键按下，则打开内部开关。这种监测的占空比为 90 / 10，相比现有解决方案，可为系统节能 90%。

消除麦克风偏置电路带来的插入爆破音或滴答声杂音：
根据设计的不同，麦克风线可以连接到音频插孔的第3极或第4极。在这两种情况下，如果在音频插头插入或拔出时存在麦克风偏置电压，就会听到插入爆破音或滴 答声，影响用户体验。左和右扬声器分别连接到 第1极和第2极，当插入或拔出插头时，这些极针会刮擦麦克风偏置电路，产生插入爆破音或滴答声。像 FSA8008 这样的音频插孔检测开关整合了能够完全解决这个问题的全部组件。该器件包含一个音频插头插入或拔出检测引脚 (J_DET)，用来隔离麦克风偏置电路的开关，以及按键恢复电路。插入音频插头时，J_DET 引脚检测其连接，内部逻辑电路恢复手动连接。恢复工作完成之后，通知基带已连接，内部开关可以关断。当音频插头被拔出时，检测开关必须迅速响应，在R SPKR (右扬声器)接触到音频插孔内部的GND之前隔离麦克风偏置电路。这时，检测开关可识别出音频插头已拔出，迅速恢复连接，并打开开关。检测开关中集成了这 三个特性，从而能够完全解决麦克风偏置电路产生的杂音问题。

这些新型的音频插孔检测器件可解决现有解决方案的固有问题。它们可以消除插入爆破音或滴答声、 降低泄漏电流，并避免检测错误，从而提升用户体验和系统设计。