CN102404665A - 一种耳机接口自适应电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种所述耳机接口自适应电路，安装在一个支持4脚耳机插座的电子设备中，控制模块通过电流检测模块检测到的麦克偏置电流区分插入的是OMTP标准4脚耳机、北美常用标准4脚耳机还是3脚立体声耳机或3脚音频线，控制模块通过控制选择开关模块可以使电子设备耳机插座与麦克接口和地信号的连接关系互换，这样可以使所述耳机接口自适应电路能根据插入的OMTP接口耳机或者北美常用接口耳机进行切换，同时支持这两种耳机。将本发明所述电路应用于手机等电子设备中，能够使手机等设备的耳机接口可以自动识别耳机类型，并根据识别的耳机类型自动调整接口电路和音频通道来适应所插入的耳机类设备。

Description

一种耳机接口自适应电路
技术领域
本发明涉及耳机接口技术领域，尤其涉及一种耳机接口自适应电路。
背景技术
手机或其他音频设备很多都具有耳机接口，早期手机的耳机接口多用专用接口或者2.5mm接口，手机耳机也主要用于通话功能，现在越来越多的音乐或者多媒体特色手机选用3.5mm标准接口作为耳机接口，这样用户可以选用市面上高品质的3.5mm立体声耳机，用户也可以把手机作为一个音源通过耳机接口输入到音频功放或者其他音响设备。3.5mm标准的耳机在引脚数量上有3脚和4脚之分，常用的4脚3.5mm耳机连接器在机械结构上遵循日本JEITA EIAJRC-5325A标准。此标准是在3脚3.5mm耳机连接器JIS C 6560标准的基础上修订而来的，上述两个标准都仅定义了机械尺寸和电气特性，但是没有对引脚功能进行定义。
图1是这两种耳机插头的结构对比示意图。图1上部是对常见3脚3.5mm立体声耳机插头的定义：第一引脚01为左声道；第二引脚02为右声道；第三引脚03为地，3脚3.5mm立体声耳机的电路如图2所示。图1下部是对常见4脚3.5mm立体声耳机插头的定义，即把原先3脚耳机第三引脚03分割成了4脚耳机的第三引脚3和第四引脚4这两个引脚，4脚耳机又有两种不同的引脚定义，除此之外，这两种耳机插头的机械尺寸是一样的。
4脚3.5mm耳机常用于手机等设备，新增的一个引脚一般定义为麦克即话筒，但是在麦克引脚的定义上有两种标准，分别为OMTP(Open Mobile TerminalPlatform，开放移动终端平台)标准和北美常用标准。这两种标准在插头第一引脚1和第二引脚2的定义是一致的，但是第三引脚3和第四引脚4在麦克和地的定义上正好相反，OMTP标准为第三引脚3是麦克、第四引脚4是地，而北美常用标准为第三引脚3是地、第四引脚4是麦克。OMTP标准3.5mm耳机电路图见图3，北美常用3.5mm带麦克耳机电路图见图4。
耳机上用的麦克，一般是驻极体麦克风，驻极体麦克风的内部原理图如图5所示，驻极体麦克风内部由驻极体和专用场效应管两部分构成，驻极体实现声电转换功能。因驻极体的输出阻抗很高，不能直接与音频放大器匹配，所以用一个场效应管进行阻抗转换。另外场效应管的栅极和源极之间又复合有一个二级管，此二级管的作用是在场效应管受冲击时起保护作用。如图3、4所示，带麦克的耳机上一般还设计有一个按键，这个按键是并联在麦克上，当按键按下时，麦克信号对地短路。
另外，手机需要把声音输出到汽车音响或功放设备等之类的音频设备时，常用起延长作用的音频线。图6中画出的是两头都是3.5mm公头的音频线，实际使用中还有一头是3.5mm公头，另一头是3.5mm母头或其他音频接头形式的音频线。
传统耳机接口设计上，只检测耳机是否插入和拔出，不对耳机的类型进行识别，这样就会造成对于不支持的耳机插入后，手机的功能异常。比如，3脚的立体声耳机，由于耳机上没有麦克风，插入到手机后，如果不做识别和处理，用耳机通话时对方就无法听到声音。即使同样是4脚的耳机，北美标准接口的耳机插入到OMTP标准的耳机座中，或者OMTP标准的耳机插入到北美常用标准接口的耳机中，也会导致声音变小或听不到声音的问题。
因此就需要用一种电路在检测到耳机插入后，能自动识别插入的耳机类型，并能根据所插入的耳机类型，自动调整成相匹配的电路并自动调整必要的音频参数。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种耳机接口自适应电路，能自动识别插入的耳机类型并调整音频参数以配合该类型耳机的使用。
本发明采用的技术方案是，所述耳机接口自适应电路，安装在一个支持4脚耳机插座的电子设备中，该电路包括：控制模块，耳机类型识别模块和选择开关模块，其中，
耳机类型识别模块与电子设备的麦克接口相连，用于测量插入电子设备耳机插座的耳机类设备的麦克偏置电流，发送给控制模块；
控制模块根据麦克偏置电流对插入电子设备耳机插座的耳机类设备进行识别，并控制选择开关模块将电子设备耳机插座的第三引脚和第四引脚分别连接到电子设备的麦克接口和地或者分别连接到电子设备的地和麦克接口，并为所述耳机类设备配置相应音频通道。
进一步的，所述耳机类型识别模块包括串联的电流检测电路和偏置电阻，设测量的麦克偏置电流为Imic，驻极体麦克偏置电压为Mic_bias，驻极体麦克中二极管的导通电压为Vf；
假设初始时，选择开关模块将耳机插座的第三引脚和第四引脚分别连接到麦克接口和地，默认与OMTP标准4脚耳机适配，所述控制模块根据麦克偏置电流对插入电子设备耳机插座的耳机类设备进行识别，包括以下几种情况：
当电流检测电路检测到100微安≤Imic≤500微安时，识别出插入的是OMTP标准4脚耳机插头；
当电流检测电路检测到0.9(Mic_bias-Vf)/R5≤Imic≤1.1(Mic_bias-Vf)/R5时，识别出插入的是北美常用标准4脚耳机插头，R5为偏置电阻；
当电流检测电路检测到Imic＞1.1(Mic_bias-Vf)/R5时，识别出插入的是三脚耳机类设备。
进一步的，所述控制模块根据麦克偏置电流控制选择开关模块将电子设备耳机插座的第三引脚和第四引脚分别连接到电子设备的麦克接口和地或者分别连接到电子设备的地和麦克，并为所述耳机类设备配置相应音频通道，具体包括：
当100微安≤Imic≤500微安时，控制模块按照OMTP标准为插入的所述耳机类设备配置音频通道；
当0.9(Mic_bias-Vf)/R5≤Imic≤1.1(Mic_bias-Vf)/R5时，控制模块控制选择开关模块将电子设备耳机插座的第三引脚和第四引脚分别连接到电子设备的地和麦克接口，再按照北美常用标准为插入的所述耳机类设备配置音频通道；
当电流检测电路检测到Imic＞1.1(Mic_bias-Vf)/R5时，控制模块为插入的三脚耳机类设备配置音频通道。
进一步的，所述耳机类型识别模块包括串联的电流检测电路和偏置电阻，设测量的麦克偏置电流为Imic，驻极体麦克偏置电压为Mic_bias，驻极体麦克中二极管的导通电压为Vf；
假设初始时，选择开关模块将耳机插座的第三引脚和第四引脚分别连接到地和麦克接口，默认与北美常用标准4脚耳机适配，所述控制模块根据麦克偏置电流对插入电子设备耳机插座的耳机类设备进行识别，包括以下几种情况：
当电流检测电路检测到100微安≤Imic≤500微安时，识别出插入的是北美常用标准4脚耳机插头；
当电流检测电路检测到0.9(Mic_bias-Vf)/R5≤Imic≤1.1(Mic_bias-Vf)/R5时，识别出插入的是OMTP标准4脚耳机插头，R5为偏置电阻；
当电流检测电路检测到Imic＞1.1(Mic_bias-Vf)/R5时，识别出插入的是三脚耳机类设备。
进一步的，所述控制模块根据麦克偏置电流控制选择开关模块将电子设备耳机插座的第三引脚和第四引脚分别连接到电子设备的麦克接口和地或者分别连接到电子设备的地和麦克，并为所述耳机类设备配置相应音频通道，具体包括：
当100微安≤Imic≤500微安时，控制模块按照北美常用标准为插入的所述耳机类设备配置音频通道；
当0.9(Mic_bias-Vf)/R5≤Imic≤1.1(Mic_bias-Vf)/R5时，控制模块控制选择开关模块将电子设备耳机插座的第三引脚和第四引脚分别连接到电子设备的麦克接口和地，再按照OMTP标准为插入的所述耳机类设备配置音频通道；
当电流检测电路检测到Imic＞1.1(Mic_bias-Vf)/R5时，控制模块为插入的三脚耳机类设备配置音频通道。
进一步的，该电路还包括三脚耳机类设备识别模块；
三脚耳机类设备识别模块包括串联的第二电阻和第四电阻，工作电压VDD依次通过第二电阻和第四电阻接地，电子设备耳机插座的第一引脚或者第二引脚，以及控制模块的第二控制端均连接到第二电阻和第四电阻之间，控制模块的第二控制端输入为低电平的最高电压是VDD×(R4//Re)/(R2+R4//Re)，R2为第二电阻，R4为第四电阻，Re为3脚耳机扬声器阻抗；
所述当电流检测电路检测到Imic＞1.1(Mic_bias-Vf)/R5时，控制模块为插入的三脚耳机类设备配置音频通道，具体包括：
当控制模块的第二控制端输入为低电平时，插入电子设备耳机插座的为3脚耳机，控制模块为插入的3脚耳机配置音频通道；
当控制模块的第二控制端输入为高电平时，插入电子设备耳机插座的为3脚音频线，控制模块为插入的3脚音频线配置音频通道。
进一步的，该电路还包括设备插入检测模块；
设备插入检测模块包括第一电阻和第三电阻，工作电压VDD通过第一电阻连接到电子设备耳机插座的第六引脚，电子设备耳机插座的第一引脚通过第三电阻接地，控制模块的第一控制端与耳机插座的第六引脚相连，第一控制端输入为低电平的最高电压是VDD×R3/(R1+R3)，R1为第一电阻，R3为第三电阻；
当没有设备插入电子设备耳机插座时，电子设备耳机插座的第一引脚和第六引脚相接触，控制模块的第一控制端为低电平；
当有设备插入电子设备耳机插座时，电子设备耳机插座的第一引脚和第六引脚分离，控制模块的第一控制端为高电平。
进一步的，该电路还包括设备插入检测模块；
设备插入检测模块包括第一电阻和第三电阻，工作电压VDD通过第一电阻连接到电子设备耳机插座的第五引脚，电子设备耳机插座的第二引脚通过第三电阻接地，控制模块的第一控制端与耳机插座的第五引脚相连，第一控制端输入为低电平的最高电压是VDD×R3/(R1+R3)，R1为第一电阻，R3为第三电阻；
当没有设备插入电子设备耳机插座时，电子设备耳机插座的第二引脚和第五引脚相接触，控制模块的第一控制端为低电平；
当有设备插入电子设备耳机插座时，电子设备耳机插座的第二引脚和第五引脚分离，控制模块的第一控制端为高电平。
进一步的，当控制模块通过设备插入检测模块测得第一控制端口为高电平时，开启驻极体麦克偏置电压，输入到耳机类型识别模块。
进一步的，所述控制模块采用高通公司的QSC6155芯片，所述电流检测电路采用高通公司的PM8028芯片，或者，所述控制模块和所述电流检测电路采用一块高通公司的QSC6055芯片；
所述选择开关模块为一可控双刀双掷开关。
采用上述技术方案，本发明至少具有下列优点：
本发明所述耳机接口自适应电路，安装在一个支持4脚耳机插座的电子设备中，控制模块通过耳机类型识别模块检测到的麦克偏置电流区分插入的是OMTP标准4脚耳机、北美常用标准4脚耳机还是3脚立体声耳机或3脚音频线，控制模块通过控制选择开关模块可以使电子设备耳机插座与麦克接口和地信号的连接关系互换，这样可以使所述耳机接口自适应电路能根据插入的OMTP接口耳机或者北美常用接口耳机进行切换，同时支持这两种耳机。将本发明所述电路应用于手机等电子设备中，能够使手机等设备的耳机接口可以自动识别耳机类型，并根据识别的耳机类型自动调整接口电路和音频通道来适应所插入的耳机类设备。
附图说明
图1为3脚3.5mm耳机连接器和4脚3.5mm耳机连接器结构的对比示意图；
图2为3脚立体声耳机电路图；
图3为OMTP标准4脚立体声耳机电路图；
图4为北美常用标准4脚立体声耳机电路图；
图5为驻极体麦克内部电路图；
图6为双公头立体声音频线结构示意图；
图7为本发明第一实施例所述耳机接口自适应电路示意图；
图8(a)、(b)分别为本发明设备插入检测模块在设备拔出和插入耳机插座两种情况的等效电路图；
图9(a)、(b)分别为本发明三脚耳机类设备识别模块在3脚音频线和3脚耳机插入耳机插座时的等效电路图；
图10为本发明第二实施例所述耳机接口自适应电路示意图；
图11为本发明第三实施例所述耳机接口自适应电路示意图；
图12为本发明第四实施例所述耳机接口自适应电路示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明进行详细说明如后。
首先介绍一下本发明解决技术问题的思路，将本发明所述耳机接口自适应电路安装在一个支持4脚耳机插座的耳机或类似电子设备中，先用设备插入检测模块通过机械检测的方式来检测是否有设备插入。如果检测到有设备插入，则打开电子设备中的驻极体麦克偏置电压并检测麦克偏置电流，麦克正向偏置、麦克反向偏置和麦克对地短路这三种情况下，麦克偏置电流是不一样的，通过麦克偏置电流可以区分插入的是OMTP接口耳机、北美常用接口耳机还是3脚立体声耳机或3脚音频线。又引入一可控双刀双掷开关，可以控制电子设备耳机插座与电子设备的麦克接口和地信号的连接方式进行互换，这样可以使所述耳机接口自适应电路能根据插入的OMTP接口耳机或者北美常用接口耳机进行切换，同时支持这两种耳机。
由于3脚耳机或3脚音频线插入后，相当于把电子设备上的麦克接口和地短路，所以无法通过麦克偏置电流来区分。因为3脚耳机和3脚音频线的差别是3脚耳机左右声道因为有喇叭的关系，对地的阻抗一般为32欧姆。而3脚音频线左右声道的对地阻抗，在3脚音频线另一头没有接到汽车音响或音频功放之类设备时是无穷大的，即使3脚音频线另一头已经接到汽车音响或音频功放之类设备时，由于这些设备输入端有隔直电容的关系，其直流阻抗也是无穷大。所以又设计一个三脚耳机类设备识别模块来判断左声道或右声道对地电阻的大小来判断插入的设备是3脚耳机还是3脚音频线。
本文介绍的方法基于应用于手机的3.5mm耳机类设备，但并不限于手机和3.5mm耳机。
本发明第一实施例，图7是本实施例中的耳机接口自适应电路图，该耳机接口自适应电路包括：设备插入检测模块、控制模块，耳机类型识别模块、选择开关模块和三脚耳机类设备识别模块，控制模块即手机或类似电子设备的主控制器，可以采用高通公司的QSC6155芯片。
耳机插座J1为常见的4脚耳机插座，耳机插座J1内部除了和插头对应的第一引脚1～第四引脚4引脚外还有第五引脚5和第六引脚6，通常耳机插座J1的第一引脚1通过第一隔直电容C1连接到主控制器上的左声道接口，耳机插座J1的第二引脚2通过第二隔直电容C2连接到主控制器上的右声道接口。
当4脚耳机插头从耳机插座J1拔出的时候，第一引脚1和第六引脚6内部是接触上的，第二引脚2和第五引脚5也是接触上的；当4脚耳机插头插入耳机插座J1后，第一引脚1和第六引脚6内部是分离的，第二引脚2和第五引脚5也是分离的。
设备插入检测模块配合耳机插座J1即可实现耳机插拔检测功能，设备插入检测模块包括第一电阻R1和第三电阻R3，第三电阻R3远小于第一电阻R1，工作电压VDD通过第一电阻R1连接到耳机插座J1的第六引脚6，耳机插座J1的第一引脚1通过第三电阻R3接地，控制模块的第一控制端H_DET1与耳机插座J1的第六引脚6相连。
当没有任何设备插入时，第一引脚1和第六引脚6内部接触，又因为第三电阻R3远小于第一电阻R1，所以控制模块的第一控制端H_DET1是低电平，等效电路如图8(a)所示。当有设备插入后，第一引脚1和第六引脚6内部分离，所以控制模块的第一控制端H_DET1是高电平，等效电路如图8(b)所示。手机或类似电子设备的主控制器通过识别第一控制端H_DET1的电平高低即可判断是否有设备插入。当主控制器通过设备插入检测模块测得第一控制端口H_DET1为高电平时，开启麦克偏置电压Mic_bias电源，输入到耳机类型识别模块。
图7和图8中第一电阻R1和第三电阻R3的取值标准主要可以考虑两点：
1)第一电阻R1和第三电阻R3都要比较大一些，一般为10K欧姆以上，这样电路工作电流会较小一些；
2)保证主控制器第一控制端H_DET1的输入为低电平的最高电压是
Figure BSA00000259392400091
即主控制器第一控制端H_DET1能把
Figure BSA00000259392400092
识别为低电平。这是一种利用在耳机插入和拔出两种情况下，插座簧片的位置不同来实现插拔检测的电路。
耳机类型识别模块包括图7中串联的电流检测电路D2和偏置电阻R5。电流检测电路D2采用高通公司的PM8028芯片，偏置电阻R5用于给驻极体麦克内的场效应管漏极提供合适的电压。Mic_bias是手机等类似电子设备提供给驻极体麦克的偏置电压，第三隔直电容C3是主控制器麦克端口Mic的隔直电容。偏置电阻R5的取值一般和驻极体麦克的输出阻抗接近，耳机常用的麦克输出阻抗为2.2K欧姆，所以图中偏置电阻R5也设置为2.2K欧姆。麦克偏置电压Mic_bias的取值和麦克的特性也有关，耳机常用的麦克偏置电压Mic_bias为2V。
OMTP标准3.5mm 4脚耳机和北美常用标准3.5mm 4脚耳机在引脚定义上，其麦克和地正好相反，而对于3.5mm 3脚立体声耳机，没有麦克引脚，其地引脚正好覆盖4脚耳机的麦克和地两个引脚。这里引入一个可控双刀双掷开关芯片D1和电流检测电路D2来实现耳机类型的检测，电流检测电路在很多手机的模拟基带部分已经集成，一般不需要额外设计，如在高通公司的QSC6055平台和QSC6155+PM8028平台都集成有电流检测电路，用于检测麦克偏置电流。
在图7中，双刀双掷开关默认状态是耳机插座J1的第四引脚4接地，第三引脚3脚接麦克接口Mic，相当于默认是OMTP标准耳机定义。当前面的耳机插拔检测电路检测到有设备插入后，电流检测电路D2检测麦克偏置电源的电流。如果插入的是OMTP标准4脚耳机，此时麦克是正向偏置的，麦克正向偏置电流和麦克风内部的专用场效应管的特性有关，场效应管栅极电压确定的情况下，场效应管呈恒流源，基本和外部偏置电压Mic_bias和偏置电阻R5无关，一般为100～350微安，最大不超过500微安，把电流检测电路D2检测到的偏置电流记为Imic，如果检测到100微安≤Imic≤500微安，可以判断为插入的是OMTP标准4脚耳机，主控制器按照OMTP标准为插入的耳机类设备配置音频通道，通话时，发送方向走耳机上的麦克，接收方向走耳机上的喇叭。设置完后，手机或者类似电子设备可以做其他处理。
如果插入的是北美常用标准4脚耳机，相当于耳机麦克是反向偏置的，那么此时的麦克偏置电流为因为有场效应管栅极和源极之间二级管的缘故，所以麦克偏置电流Imic≈(Mic_bias-Vf)/R5，其中Vf是二极管的导通电压，为0.7V左右。考虑偏置电压Mic_bias、二极管的导通电压Vf和偏置电阻R5都有一定的误差，这里麦克反向偏置电流的范围放宽±10％，即当电流电测电路检测到0.9(Mic_bias-0.7)/R5≤Imic≤1.1(Mic_bias-0.7)/R5时，说明此时耳机麦克是反向偏置的，主控制器需要通过第三控制端Ctrl控制双刀双掷开关D1进行切换，把两个开关切换到另一边，即将耳机插座J1的第四引脚4接麦克接口Mic，第三引脚3脚接地，使麦克处于正向偏置，然后按照北美常用标准为插入的耳机类设备配置音频通道。
优选的，偏置电阻R5＝2.2K欧姆，偏置电压Mic_bias＝2V，则(0.9Mic_bias-0.7)/R5＝0.9(2.0-0.7)/2.2k＝532微安，这个值比麦克正向偏置电压的最大值500微安要大。
如果插入的是3脚耳机或者3脚音频线，则耳机插座J1的第三引脚3和第四引脚4短路，麦克偏置电流Imic＝Mic_bias/R5，因为Mic_bias要求在2V左右，一般选1.8～2.2V，Vf≈0.7V，所以能保证1.1(Mic_bias-0.7)/R5＜Mic_bias/R5，电流范围可以适当放宽，即当电流检测电路D2检测到Imic＞1.1(Mic_bias-0.7)/R5，就可以认为插入的是3脚耳机或者3脚音频线。但是此时还是无法区别插入的到底是3脚耳机还是3脚音频线。由于此时通常Imic大于750微安，处于短路电流范围内，会影响待机时间，所以最好把Mic_bias电源关闭。
如果Imic不在上面的几个范围内，那么插入的是一种无法识别的设备。在手机上弹出窗口提示用户无法识别插入的设备。接下去手机可以做其他处理。
图7中，由第二电阻R2和第四电阻R4构成的三脚耳机类设备识别模块可以用于区分是3脚耳机还是3脚音频线，第二电阻R2远小于第四电阻R4。
如果插入的是3脚耳机或者3脚音频线，即图2或图6中3脚耳机或者3脚音频线插头的第三引脚3和图7中耳机插座J1的第三引脚3和第四引脚4同时接触上，3脚耳机或者3脚音频线插头的第二引脚2和耳机插座J1的第二引脚2接触上，3脚耳机或者3脚音频线插头的第一引脚1和耳机插座J1的第一引脚1接触上。
工作电压VDD依次通过第二电阻R2和第四电阻R4接地，耳机插座J1的第二引脚2以及主控制器的第二控制端H_DET2均连接到第二电阻R2和第四电阻R4之间。
当插入的为3脚音频线时，其右声道对地电阻都为无穷大，这种情况下，主控制器第二控制端H_DET2部分等效电路为图9(a)所示，由于第二电阻R2远小于第四电阻R4，所以主控制器第二控制端H_DET2是高电平。
当插入的为3脚耳机时，相当于耳机插座J1的第二引脚2和地之间又接了一个阻值为32欧姆的电阻，即3脚耳机扬声器阻抗Re，此时三脚耳机类设备识别模块与第二控制端H_DET2连接的部分等效电路如图9(b)所示，3脚耳机扬声器阻抗Re和第四电阻R4并联电阻值远小于第二电阻R2，此时第二控制端H_DET2为低电平。
所以，可以根据第二控制端H_DET2的高低电平来区分是3脚耳机还是3脚音频线插入。对于第二电阻R2和第四电阻R4的取值，只要保证主控制器的第二控制端H_DET2输入为低电平的最高电压是VDD×(R4//Re)/(R2+R4//Re)，凡高于这个数值的都输入高电平，包括未插入任何设备时以及插入3脚音频线时，第二控制端输入电平均介于VDD×(R4//Re)/(R2+R4//Re)和VDD×(R4)/(R2+R4)之间，R4//Re为第四电阻和3脚耳机扬声器阻抗Re的并联阻值。优选的，第二电阻R2＝47K欧姆，第四电阻R4＝180K欧姆即可满足要求。
当控制模块的第二控制端H_DET2输入为低电平时，插入电子设备耳机插座的为3脚耳机，控制模块为插入的3脚耳机配置音频通道，使手机等类似电子设备在通话过程中发送时用手机上的麦克，接收时用耳机接口。接下去可以做手机的其他处理。
当控制模块的第二控制端H_DET2输入为高电平时，插入电子设备耳机插座的为3脚音频线，控制模块需要为插入的3脚音频线配置音频通道，使手机等类似电子设备在通话过程中发送时用手机上的麦克，接收时用耳机接口，同时设置音频参数为免提模式，声音通过音频线接到其他大音量设备后，通话时出现啸叫自激。接下去做手机的其他处理。
图7中，左声道耳机输出接口H_L和右声道耳机输出接口H_R，以及和麦克接口Mic一起，接到耳机类电子设备主控制器的音频接口中。
本发明第二实施例，本实施例与第一实施例大致相同，区别在于：
1)控制模块与电流检测电路所采用的芯片；
2)设备插入检测模块以及三脚耳机类设备识别模块与耳机插座J1中各引脚的连接方式；
3)双刀双掷开关D1的初始默认状态。
图10是本实施例中的耳机接口自适应电路图，该耳机接口自适应电路包括：设备插入检测模块、控制模块，耳机类型识别模块、选择开关模块和三脚耳机类设备识别模块，控制模块即手机或类似电子设备的主控制器，可以采用高通公司的QSC6055芯片。
设备插入检测模块配合耳机插座J1即可实现耳机插拔检测功能，设备插入检测模块包括第一电阻R1和第三电阻R3，第三电阻R3远小于第一电阻R1，工作电压VDD通过第一电阻R1连接到耳机插座J1的第五引脚5，耳机插座J1的第二引脚2通过第三电阻R3接地，控制模块的第一控制端H_DET1与耳机插座J1的第五引脚5相连。
当没有任何设备插入时，第二引脚2和第五引脚5内部接触，又因为第三电阻R3远小于第一电阻R1，所以控制模块的第一控制端H_DET1是低电平，等效电路如图8(a)所示。当有设备插入后，第二引脚2和第五引脚5内部分离，所以控制模块的第一控制端H_DET1是高电平，等效电路如图8(b)所示。手机或类似电子设备的主控制器通过识别第一控制端H_DET1的电平高低即可判断是否有设备插入。当主控制器通过设备插入检测模块测得第一控制端口H_DET1为高电平时，开启麦克偏置电压Mic_bias，输入到耳机类型识别模块。
图10和图8中第一电阻R1和第三电阻R3的取值标准主要可以考虑两点：
1)第一电阻R1和第三电阻R3都要比较大一些，一般为10K欧姆以上，这样电路工作电流会较小一些；
2)保证主控制器第一控制端H_DET1的输入为低电平的最高电压是即主控制器第一控制端H_DET1能把
Figure BSA00000259392400142
识别为低电平。这是一种利用在耳机插入和拔出两种情况下，插座簧片的位置不同来实现插拔检测的电路。
耳机类型识别模块包括图10中串联的电流检测电路D2和偏置电阻R5。本实施例中，电流检测电路D2的功能也由作为主控制器的高通公司的QSC6055芯片来完成，偏置电阻R5用于给驻极体麦克内的场效应管漏极提供合适的电压。Mic_bias是手机等类似电子设备提供给驻极体麦克的偏置电压，第三隔直电容C3是主控制器麦克端口Mic的隔直电容。偏置电阻R5的取值一般和驻极体麦克的输出阻抗接近，耳机常用的麦克输出阻抗为2.2K欧姆，所以图中偏置电阻R5也设置为2.2K欧姆。麦克偏置电压Mic_bias的取值和麦克的特性也有关，耳机常用的麦克偏置电压Mic_bias为2V。
OMTP标准3.5mm 4脚耳机和北美常用标准3.5mm 4脚耳机在引脚定义上，其麦克和地正好相反，而对于3.5mm 3脚立体声耳机，没有麦克引脚，其地引脚正好覆盖4脚耳机的麦克和地两个引脚。这里引入一个可控双刀双掷开关芯片D1和电流检测电路D2来实现耳机类型的检测，电流检测电路在很多手机的模拟基带部分已经集成，一般不需要额外设计，如在高通公司的QSC6055平台和QSC6155+PM8028平台都集成有电流检测电路，用于检测麦克偏置电流。
在图10中，双刀双掷开关默认状态是耳机插座J1的第四引脚4接麦克接口Mic，第三引脚3脚接地，相当于默认是北美常用标准耳机定义。当前面的耳机插拔检测电路检测到有设备插入后，电流检测电路D2检测麦克偏置电源的电流。如果插入的是北美常用标准4脚耳机，此时麦克是正向偏置的，麦克正向偏置电流和麦克风内部的专用场效应管的特性有关，场效应管栅极电压确定的情况下，场效应管呈恒流源，基本和外部偏置电压Mic_bias和偏置电阻R5无关，一般为100～350微安，最大不超过500微安，把电流检测电路D2检测到的偏置电流记为Imic，如果检测到100微安≤Imic≤500微安，可以判断为插入的是北美常用标准4脚耳机，主控制器按照北美常用标准为插入的耳机类设备配置音频通道，通话时，发送方向走耳机上的麦克，接收方向走耳机上的喇叭。设置完后，手机或者类似电子设备可以做其他处理。
如果插入的是OMTP标准4脚耳机，相当于耳机麦克是反向偏置的，那么此时的麦克偏置电流为因为有场效应管栅极和源极之间二级管的缘故，所以麦克偏置电流Imic≈(Mic_bias-Vf)/R5，其中Vf是二极管的导通电压，为0.7V左右。考虑偏置电压Mic_bias、二极管的导通电压Vf和偏置电阻R5都有一定的误差，这里麦克反向偏置电流的范围放宽±10％，即当电流电测电路检测到0.9(Mic_bias-0.7)/R5≤Imic≤1.1(Mic_bias-0.7)/R5时，说明此时耳机麦克是反向偏置的，主控制器需要通过第三控制端Ctrl控制双刀双掷开关D1进行切换，把两个开关切换到另一边，即将耳机插座J1的第四引脚4接地，第三引脚3脚接麦克接口Mic，使麦克处于正向偏置，然后按照OMTP标准为插入的耳机类设备配置音频通道。
优选的，偏置电阻R5＝2.2K欧姆，偏置电压Mic_bias＝2V，则0.9(Mic_bias-0.7)/R5＝0.9(2.0-0.7)/2.2k＝532微安，这个值比麦克正向偏置电压的最大值500微安要大。
如果插入的是3脚耳机或者3脚音频线，则耳机插座J1的第三引脚3和第四引脚4短路，麦克偏置电流Imic＝Mic_bias/R5，因为Mic_bias要求在2V左右，一般选1.8～2.2V，Vf≈0.7V，所以能保证1.1(Mic_bias-0.7)/R5)＜Mic_bias/R5，电流范围可以适当放宽，即当电流检测电路D2检测到Imic＞1.1(Mic_bias-0.7)/R5，就可以认为插入的是3脚耳机或者3脚音频线。但是此时还是无法区别插入的到底是3脚耳机还是3脚音频线。由于此时通常Imic大于750微安，处于短路电流范围内，会影响待机时间，所以最好把Mic_bias电源关闭。
如果Imic不在上面的几个范围内，那么插入的是一种无法识别的设备。在手机上弹出窗口提示用户无法识别插入的设备。接下去手机可以做其他处理。
图10中，由第二电阻R2和第四电阻R4构成的三脚耳机类设备识别模块可以用于区分是3脚耳机还是3脚音频线，第二电阻R2远小于第四电阻R4。
工作电压VDD依次通过第二电阻R2和第四电阻R4接地，耳机插座J1的第一引脚1以及主控制器的第二控制端H_DET2均连接到第二电阻R2和第四电阻R4之间。
当插入的为3脚音频线时，其右声道对地电阻都为无穷大，这种情况下，主控制器第二控制端H_DET2部分等效电路为图9(a)所示，由于第二电阻R2远小于第四电阻R4，所以主控制器第二控制端H_DET2是高电平。
当插入的为3脚耳机时，相当于耳机插座J1的第二引脚2和地之间又接了一个阻值为32欧姆的电阻，即3脚耳机扬声器阻抗Re，此时三脚耳机类设备识别模块与第二控制端H_DET2连接的部分等效电路如图9(b)所示，3脚耳机扬声器阻抗Re和第四电阻R4并联电阻值远小于第二电阻R2，此时第二控制端H_DET2为低电平。
所以，可以根据第二控制端H_DET2的高低电平来区分是3脚耳机还是3脚音频线插入。对于第二电阻R2和第四电阻R4的取值，只要保证主控制器的第二控制端H_DET2输入为低电平的最高电压是VDD×(R4//Re)/(R2+R4//Re)，凡高于这个数值的都输入高电平，包括未插入任何设备时以及插入3脚音频线时，第二控制端输入电平均介于VDD×(R4//Re)/(R2+R4//Re)和VDD×(R4)/(R2+R4)之间。优选的，第二电阻R2＝47K欧姆，第四电阻R4＝180K欧姆即可满足要求。
当控制模块的第二控制端H_DET2输入为低电平时，插入电子设备耳机插座的为3脚耳机，控制模块为插入的3脚耳机配置音频通道，使手机等类似电子设备在通话过程中发送时用手机上的麦克，接收时用耳机接口。接下去可以做手机的其他处理。
当控制模块的第二控制端H_DET2输入为高电平时，插入电子设备耳机插座的为3脚音频线，控制模块需要为插入的3脚音频线配置音频通道，使手机等类似电子设备在通话过程中发送时用手机上的麦克，接收时用耳机接口，同时设置音频参数为免提模式，声音通过音频线接到其他大音量设备后，通话时出现啸叫自激。接下去做手机的其他处理。
本发明第三实施例，本实施例与第一实施例大致相同，区别在于：本实施例的耳机接口自适应电路不包括设备插入检测模块，如图11所示，该耳机接口自适应电路仅包括：控制模块、耳机类型识别模块、选择开关模块和三脚耳机类设备识别模块。本实施例需要长时间开启麦克偏置电压Mic_bias，一旦有设备插入耳机插座J1，就能开始检测麦克偏置电流，缺点是比较耗电，会导致手机的待机时间缩短。
本发明第四实施例，本实施例与第一实施例大致相同，区别在于：本实施例的耳机接口自适应电路不包括三脚耳机类设备识别模块，如图12所示，该耳机接口自适应电路仅包括：设备插入检测模块、控制模块、耳机类型识别模块和选择开关模块。本实施例在通过耳机类型识别模块识别出OMTP标准的耳机、北美常用标准的耳机以及三脚耳机类设备后，无法进一步区分出三脚耳机类设备是3脚耳机还是3脚音频线，因此，本实施例所述耳机接口自适应电路只适用于仅需区分4脚的OMTP标准的耳机和北美常用标准的耳机的情况。
本发明所述耳机接口自适应电路，安装在一个支持4脚耳机插座的电子设备中，控制模块通过电流检测电路检测到的麦克偏置电流区分插入的是OMTP标准4脚耳机、北美常用标准4脚耳机还是3脚立体声耳机或3脚音频线，控制模块通过控制选择开关模块可以使电子设备耳机插座与麦克接口和地信号的连接关系互换，这样可以使所述耳机接口自适应电路能根据插入的OMTP接口耳机或者北美常用接口耳机进行切换，同时支持这两种耳机。将本发明所述电路应用于手机等电子设备中，能够使手机等设备的耳机接口可以自动识别耳机类型，并根据识别的耳机类型自动调整接口电路和音频通道来适应所插入的耳机类设备。
通过具体实施方式的说明，应当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

Claims (10)

1.一种耳机接口自适应电路，其特征在于，安装在一个支持4脚耳机插座的电子设备中，该电路包括：控制模块，耳机类型识别模块和选择开关模块，其中，
耳机类型识别模块与电子设备的麦克接口相连，用于测量插入电子设备耳机插座的耳机类设备的麦克偏置电流，发送给控制模块；
控制模块根据麦克偏置电流对插入电子设备耳机插座的耳机类设备进行识别，并控制选择开关模块将电子设备耳机插座的第三引脚和第四引脚分别连接到电子设备的麦克接口和地或者分别连接到电子设备的地和麦克接口，并为所述耳机类设备配置相应音频通道。
2.根据权利要求1所述耳机接口自适应电路，其特征在于，所述耳机类型识别模块包括串联的电流检测电路和偏置电阻，设测量的麦克偏置电流为Imic，驻极体麦克偏置电压为Mic_bias，驻极体麦克中二极管的导通电压为Vf；
假设初始时，选择开关模块将耳机插座的第三引脚和第四引脚分别连接到麦克接口和地，默认与OMTP标准4脚耳机适配，所述控制模块根据麦克偏置电流对插入电子设备耳机插座的耳机类设备进行识别，包括以下几种情况：
当电流检测电路检测到100微安≤Imic≤500微安时，识别出插入的是OMTP标准4脚耳机插头；
当电流检测电路检测到0.9(Mic_bias-Vf)/R5≤Imic≤1.1(Mic_bias-Vf)/R5时，识别出插入的是北美常用标准4脚耳机插头，R5为偏置电阻；
当电流检测电路检测到Imic＞1.1(Mic_bias-Vf)/R5时，识别出插入的是三脚耳机类设备。
3.根据权利要求2所述耳机接口自适应电路，其特征在于，所述控制模块根据麦克偏置电流控制选择开关模块将电子设备耳机插座的第三引脚和第四引脚分别连接到电子设备的麦克接口和地或者分别连接到电子设备的地和麦克，并为所述耳机类设备配置相应音频通道，具体包括：
当100微安≤Imic≤500微安时，控制模块按照OMTP标准为插入的所述耳机类设备配置音频通道；
当0.9(Mic_bias-Vf)/R5≤Imic≤1.1(Mic_bias-Vf)/R5时，控制模块控制选择开关模块将电子设备耳机插座的第三引脚和第四引脚分别连接到电子设备的地和麦克接口，再按照北美常用标准为插入的所述耳机类设备配置音频通道；
当电流检测电路检测到Imic＞1.1(Mic_bias-Vf)/R5时，控制模块为插入的三脚耳机类设备配置音频通道。
4.根据权利要求1所述耳机接口自适应电路，其特征在于，所述耳机类型识别模块包括串联的电流检测电路和偏置电阻，设测量的麦克偏置电流为Imic，驻极体麦克偏置电压为Mic_bias，驻极体麦克中二极管的导通电压为Vf；
假设初始时，选择开关模块将耳机插座的第三引脚和第四引脚分别连接到地和麦克接口，默认与北美常用标准4脚耳机适配，所述控制模块根据麦克偏置电流对插入电子设备耳机插座的耳机类设备进行识别，包括以下几种情况：
当电流检测电路检测到100微安≤Imic≤500微安时，识别出插入的是北美常用标准4脚耳机插头；
当电流检测电路检测到0.9(Mic_bias-Vf)/R5≤Imic≤1.1(Mic_bias-Vf)/R5时，识别出插入的是OMTP标准4脚耳机插头，R5为偏置电阻；
当电流检测电路检测到Imic＞1.1(Mic_bias-Vf)/R5时，识别出插入的是三脚耳机类设备。
5.根据权利要求4所述耳机接口自适应电路，其特征在于，所述控制模块根据麦克偏置电流控制选择开关模块将电子设备耳机插座的第三引脚和第四引脚分别连接到电子设备的麦克接口和地或者分别连接到电子设备的地和麦克，并为所述耳机类设备配置相应音频通道，具体包括：
当100微安≤Imic≤500微安时，控制模块按照北美常用标准为插入的所述耳机类设备配置音频通道；
当0.9(Mic_bias-Vf)/R5≤Imic≤1.1(Mic_bias-Vf)/R5时，控制模块控制选择开关模块将电子设备耳机插座的第三引脚和第四引脚分别连接到电子设备的麦克接口和地，再按照OMTP标准为插入的所述耳机类设备配置音频通道；
当电流检测电路检测到Imic＞1.1(Mic_bias-Vf)/R5时，控制模块为插入的三脚耳机类设备配置音频通道。
6.根据权利要求3或5所述耳机接口自适应电路，其特征在于，该电路进一步包括三脚耳机类设备识别模块；
三脚耳机类设备识别模块包括串联的第二电阻和第四电阻，工作电压VDD依次通过第二电阻和第四电阻接地，电子设备耳机插座的第一引脚或者第二引脚，以及控制模块的第二控制端均连接到第二电阻和第四电阻之间，控制模块的第二控制端输入为低电平的最高电压是VDD×(R4//Re)/(R2+R4//Re)，R2为第二电阻，R4为第四电阻，Re为3脚耳机扬声器阻抗，R4//Re为第四电阻和3脚耳机扬声器阻抗Re的并联阻值；
所述当电流检测电路检测到Imic＞1.1(Mic_bias-Vf)/R5时，控制模块为插入的三脚耳机类设备配置音频通道，具体包括：
当控制模块的第二控制端输入为低电平时，插入电子设备耳机插座的为3脚耳机，控制模块为插入的3脚耳机配置音频通道；
当控制模块的第二控制端输入为高电平时，插入电子设备耳机插座的为3脚音频线，控制模块为插入的3脚音频线配置音频通道。
7.根据权利要求1所述耳机接口自适应电路，其特征在于，该电路进一步包括设备插入检测模块；
设备插入检测模块包括第一电阻和第三电阻，工作电压VDD通过第一电阻连接到电子设备耳机插座的第六引脚，电子设备耳机插座的第一引脚通过第三电阻接地，控制模块的第一控制端与耳机插座的第六引脚相连，第一控制端输入为低电平的最高电压是VDD×R3/(R1+R3)，R1为第一电阻，R3为第三电阻；
当没有设备插入电子设备耳机插座时，电子设备耳机插座的第一引脚和第六引脚相接触，控制模块的第一控制端为低电平；
当有设备插入电子设备耳机插座时，电子设备耳机插座的第一引脚和第六引脚分离，控制模块的第一控制端为高电平。
8.根据权利要求1所述耳机接口自适应电路，其特征在于，该电路进一步包括设备插入检测模块；
设备插入检测模块包括第一电阻和第三电阻，工作电压VDD通过第一电阻连接到电子设备耳机插座的第五引脚，电子设备耳机插座的第二引脚通过第三电阻接地，控制模块的第一控制端与耳机插座的第五引脚相连，第一控制端输入为低电平的最高电压是VDD×R3/(R1+R3)，R1为第一电阻，R3为第三电阻；
当没有设备插入电子设备耳机插座时，电子设备耳机插座的第二引脚和第五引脚相接触，控制模块的第一控制端为低电平；
当有设备插入电子设备耳机插座时，电子设备耳机插座的第二引脚和第五引脚分离，控制模块的第一控制端为高电平。
9.根据权利要求7或8所述耳机接口自适应电路，其特征在于，当控制模块通过设备插入检测模块测得第一控制端口为高电平时，开启驻极体麦克偏置电压，输入到耳机类型识别模块。
10.据权利要求2或4所述耳机接口自适应电路，其特征在于，所述控制模块采用高通公司的QSC6155芯片，所述电流检测电路采用高通公司的PM8028芯片，或者，所述控制模块和所述电流检测电路采用一块高通公司的QSC6055芯片；
所述选择开关模块为一可控双刀双掷开关。
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