CN102645608A - 对视频电缆中的地线的自动检测 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种用于确定视频电缆内的地线的方法，所述视频电缆包括左音频线、右音频线、第三线和第四线，所述方法包括：将所述第三线和所述第四线之一接地；通过所述第三线和所述第四线中另一根线发送高频信号；测量所述左音频线或所述右音频线的输出；以及基于所测量的输出来确定所述地线。

Description

对视频电缆中的地线的自动检测

技术领域

本公开大体上涉及电缆检测，更具体地，涉及一种用于自动检测视频电缆中的地线的方法和系统。

背景技术

随着将新的应用和功能持续并入移动设备中，移动设备的使用已持续增长。这些新的应用和功能的引入需要更新设备本身，以处理与这些应用和功能相关联的新的需求。

在一些新的应用或功能中，为了充分增强这些应用或功能的可用性，需要诸如视频电缆等的电缆。为了将视频电缆与设备连接，一般通过将插孔(jack)插入设备端口中来连接视频电缆。当前，移动设备被设计为容纳与该设备兼容的视频电缆。因此，用户被限制为：只能使用针对特定设备而设计的视频电缆和相关联的应用，而设备不能与其他视频电缆(以及相关联的外围设备)进行交互。当通过插孔来支持视频时，支持多种电缆类型是令人感兴趣的。

为了允许电缆正确工作，使用视频电缆时需要确定地线。在本申请的上下文中，地不一定是地球电势，且“地线”不需要电连接到大地。而是，地基本上意味着维持在基准电压的节点，该基准电压相对于其他电压实质上是恒定的。当将具有左/右/地/视频或左/右/视频/地连接的视频电缆连接到移动设备时，并不确定可以正确地选择地线。实际上，一般有2根线可能表示地线，且因此选择正确线的几率是50％。如果未将设备正确接地，则不能通过该视频电缆来发送信号，因此，电缆操作(以及相连的外围设备)不可用，且视频对于用户不可用。

因此，本申请提供了一种用于自动检测视频电缆中的地线和用于检测电缆本身的方法和装置。

发明内容

在一个方案中，可以提供一种信号发生器、具有宽带宽的前置放大器以及阈值检测器和开关矩阵，以检测和正确选择正确的地线。可以在不使用或使用开关矩阵的情况下，检测电缆本身。

在另一方案中，可以提供一种信号发生器、具有宽带宽的前置放大器以及阈值检测器，以检测电缆本身的存在。

在另一方案中，可以提供一种用于确定视频电缆中的地信号线的的方法，该视频电缆包括左音频线、右音频线、第三线和第四线，该方法包括：将第三线和第四线之一接地；通过第三线和第四线中的另一根线发送高频信号；测量左音频线或右音频线的输出；以及基于所测量的输出，确定地信号线。

附图说明

现在，将参照附图来描述仅作为示例的本发明的实施例，其中：

图1是移动通信设备的示意图；

图2是移动通信设备的更详细的示意图；

图3是用于自动检测视频电缆中的地线的系统的示意图；

图4a和4b是对用于自动检测视频电缆中的地线的系统的响应的示意图；

图5是示出了检测视频电缆中的地线的方法的流程图；以及

图6a和6b是自动检测电缆的示意图。

具体实施方式

本公开涉及一种使用视频电缆的寄生特性、在多种接地配置之间确定地线的方法和系统。这样，可以将任何视频电缆插入移动通信设备，且该视频电缆不一定是被特定设计为与该设备兼容的视频电缆。

参见图1，示出了移动通信设备的示意图。移动通信设备10具有包括显示屏14、键盘/键区16、按钮集合18和轨迹球20在内的主体12。将理解轨迹球20代表用户操作的定向或输入设备，还可以将其呈现为摇杆、涡轮、滚轮、鼠标、触摸板等、或另一按钮。如本领域技术人员将进一步理解的，设备10包括未示出或未描述的其他部分。移动通信设备10还包括用于接收插孔的至少一个端口，但是并未在图1中示出该端口。

参见图2，移动通信设备10还包括控制器或处理器30，其连接到被集成到通信设备10中的芯片32。信号发生器(比如电压源)33也连接到芯片32。芯片32包括开关矩阵和插孔配置检测部34，开关矩阵和插孔配置检测部34与端口36集成在一起，端口36用于接收与电缆40(比如，视频电缆)相关联的插孔38。开关矩阵34包括用于与插孔38中的对应电线44接收和发送信号的多个单体输入和输出端口42。当插入插头或插孔(plug or jack)38时，管脚端口PIN5输入通过断开或闭合机械开关来检测电缆的插入。如果管脚端口PIN5损坏或没有管脚端口PIN5时，则可以如下面更详细描述的，通过检测电缆本身的电容来检测电缆本身的插入。如下面还将讨论的，可以连接一个或多个触头(例如，在管脚端口和信号线之间)。在该上下文中，“已连接”并非仅指物理上的接触或紧邻(尽管触头可以是物理上彼此接近或接触的)，而是指代电气连接，通过电气连接，一个触头中的信号导致另一个触头中产生信号。可以通过影响电流路径(例如，使用开关矩阵34)而不是通过改变一个触头和另一个触头之间的物理关系，来形成或断开这种电连接。

插孔38中的电线或线路44表示信号线，比如音频线和视频线，一根电线44a表示右音频线，一根电线44b表示左音频线，而一对线44c和44d提供了地线和视频线。取决于如何设置视频电缆40，可以在连接到管脚端口PIN3的线44c上提供地线，并在连接到端口管脚PIN4的线44d上提供视频线，或相反。为了让控制器30与视频电缆40通信，需要确定这对线中的哪根线是地线以及这对线中的哪根线是视频线。将地线连接到接地基准电压。

在地线检测的一个实施例中，通过在信号线之一上发出高频AC信号并在地线上接收返回信号或反之来实现该检测。电缆的存在导致了在信号发生器和前置放大器之间不同的传递函数。此外，即使在没有电缆存在时，设备内可能存在寄生部件或电磁干扰(EMI)滤波部件，也可能引起输出信号。因此，需要如图3的示例所示，相应选择阈值。备选地，插孔38可以是具有电线44(将电线44实现为环绕插孔叉的环)的单叉插孔(prong)。

参见图3，示出了用于自动检测视频电缆中的地线的装置的部件的更详细示意图。如图所示，示意性地示出了插孔38中的3根电线44，且接地屏蔽50包围每根电线。这些被包围的电线是发送视频信号或音频信号的电线。如将理解的，对于线44c和44d，从视频电缆的角度看，地线是线44c且视频线是44d。然而，从移动通信设备的角度看，由于视频电缆具有不同的内部实现，因此不知道地线是连接到管脚端口PIN3还是管脚端口PIN4。

经由将每个接地屏蔽50电连接在一起的接地屏蔽电线52，将接地屏蔽50耦合在一起。接地屏蔽50提供了对线的保护，且作为用于将信号接地的导管或导体。

检测器54连接到电线44a和44b的输出，以监视响应于通过线44c或44d发送的信号而在这些线上发送的信号(如下面将进一步详细讨论的)。检测器54可以是移动设备中的分立部件，但是优选地在芯片32上实现。每个检测器54连接到状态机56(优选地，位于芯片32上)，以发送表示了由检测器54记录的测量结果的信号。检测器54可以检测或测量信号的任何类型的电特征。在优选实施例中，检测器54测量电压。可以由在控制器30中实现的状态机56向控制器30发送由检测器54检测到的信号的结果，使得控制器30可以确定线44c和44d中哪根是地线以及哪根是视频线。一般而言，状态机56是判定电路，其从检测器54接收输入，并确定这些输入指示了何种条件(一个或多个条件)，然后根据该判定，向控制器30发送信号。

接地屏蔽50彼此耦合，因此，在本系统中，具有固有的特定特征。如图所示，将线44d与接地屏蔽50隔离。

参见图4a和4b，示出了线44a和44b对在线44c或44d上发送高频信号(比如，AC信号)的响应的示意图。在本公开中，不存在与应当将何种信号视为“高频”信号相关的上限或下限，一般而言，高频信号通常是高到足以受到各种电容的可测量影响的信号，比如，如下面所述的那些电容。高频信号还可以具有使得它们容易作为高频信号被检测到的幅值的一个或多个频率分量。当将任何视频电缆40插入设备10中时，视频电缆具有特定寄生特征，该特定寄生特征可以用于协助确定线44c和44d中的哪根线是地线且哪根线是视频线(从移动设备10的角度来看)。

图4a和4b提供了2个示意图，它们示出了在假定电缆长度约为3米的情况下，当通过地线和视频线之一发送高频信号时在音频线44a和44b处的期望测量结果(从视频电缆的角度来看)。由于负载远小于视频电缆的电容，可以在负载处观察到或检测到几乎整个电压。图4c提供了图4b的简化示意图。

通过将线44c和44d之一接地，然后通过2根线中的另一根来发送AC信号，响应于该AC信号的阻抗可以用于区分地线和视频线(从设备的角度来看)。通过实际视频线发送AC信号(从视频电缆的角度来看)并将地线接地(从视频电缆的角度来看)，非常少的信号将泄漏到音频线44a或44b，因为如图4a所示意示出的，寄生因素相对很小。

备选地，通过实际地线发送AC信号并将视频线接地(都从视频电缆的角度来看)，如图4b所示意示出的，可以在两根音频线44a和44b上都观察或检测到大幅值的信号。

该现象的原因是全部3个接地屏蔽50或屏蔽的连接共享相同的接地连接。由于视频电缆中的负载(比如但不限于低电容前置放大器)，通过测量音频线44a和44b的输出或输出电压，可以在通过地线发送信号时，获得强且可靠的信号(从视频电缆的角度来看)。

通过音频线44a或44b观察到或检测到的输出电压或信号可以计算为：

Vout＝Vsource*Ccable/(Ccable+Cpre-amp)

其中，V代表电压，且C代表电容。

对于Ccable＞＞Cpre_amp，Vout近似等于Vsource，即，容易检测到强信号。

作为示例，在试验测试期间，使用由信号发生器33产生的具有1MHz(也可以使用更低或更高的频率)的100mV AC信号以及3米长的视频电缆40，当将视频线(从视频电缆的角度来说)接地且通过地线(从视频电缆的角度来说)发送信号时，使用15pF探针和具有约450pF电容的电缆，观察或检测到97mV信号。使用2米长的电缆重复该试验，得到实质上相同的结果。

实际上，前置放大器可以用具有小于20pF的典型输入电容(包括PCB寄生电容)的CMOS来实现。可以在前置放大器之前或之后将信号与AC源本身混合，以移除任何DC偏置问题。如果AC信号具有高的幅值，则不需要执行本步骤。

在另一配置中，线可以表示数字音频信号和2个视频输出，其中，通过电容性检测来检测电缆本身。

参见图5，示出了用于描述自动检测视频电缆中的地线的方法的流程图。在操作中，从视频电缆的角度来说，一般通过视频线来发送视频信号。然而，当将视频电缆插孔插入移动设备的端口中时，并不总是知道视频信号线连接到哪个管脚端口(从移动通信设备的角度来说)。可以将视频线连接到管脚端口PIN3或管脚端口PIN4。由于不可以通过地线来发送视频信号，因此这是有问题的，因而需要确定要通过哪个管脚端口来发送视频信号，换言之，确定连接到视频线的管脚端口。

一旦检测到将视频电缆的插孔插入到端口(100)，由此各根线44连接到相关联的管脚端口时，开始该方法。在一个实施例中，这是通过检测插孔38在开关矩阵和插孔配置检测34的管脚端口PIN5上的存在来实现的。备选地，内部设备逻辑可以基于电缆本身的电容来协助确定或可以确定何时插入插孔。

如上所述，当将插孔插入端口中时，在插孔中存在与开关矩阵34中的每个管脚端口42相对应的线。一般而言，管脚端口PI N1和管脚端口PIN2接收音频线44a和44b，它们的特征在于左音频和右音频，而管脚端口PIN5用于检测插孔本身的存在。对于管脚端口PIN3和PIN4，这两个管脚端口之一连接到地线，而另一个管脚端口连接到视频线。

在检测到插孔存在(100)之后，通过将线连接到接地基准电压，将管脚端口PIN3和管脚端口PIN4之一接地(102)，然后由信号发生器在管脚端口PIN3和管脚端口PIN4中的另一管脚端口上发送AC信号(优选地，高频AC信号)(104)。在优选实施例中，由信号发生器33来产生AC信号。然后，高频信号通过视频电缆40传播。如将理解的，AC信号可以是正弦波或方波，尽管其他信号也是可预期的。

AC信号的发送导致了在左和右音频线44a和44b上、响应于该信号的活动，测量该活动，作为测量输出电压。然后，由检测器54通过管脚端口PIN1和管脚端口PIN2来检测或读取通过音频线(线44a和44b)发送的信号(106)。为了以尽可能小地影响测量结果的方式来进行测量，可以将音频线44a和44b保持在高阻抗(三态)模式。

根据这些测量结果，可以确定108地线。由于当通过视频线发送高频信号时，AC信号将非常少地耦合到音频线44a和44b，因此如果管脚端口PIN1和管脚端口PIN2上的读数或测量结果很低(比如，小于原始AC信号的30％，或在与系统的寄生部件相关联的阈值之内)，则将发送高频信号的管脚端口指定为与视频线相连(从移动设备的角度来说)。备选地，由于通过地线的AC信号具有到音频线44a和44b的非常良好的耦合，因此如果来自管脚端口PIN1和管脚端口PIN2的读数很高(比如，大于原始AC信号的30％，或在与系统的寄生部件相关联的阈值之外)，则将发送高频信号的管脚端口线指定为与地线相连(从移动设备的角度来说)。

在状态机的一个实施例中，如果来自2个检测器54的测量电压信号都高于特定阈值(参考已发送的AC信号)，则状态机接受这些信号，并向处理器发送信号，以指示线44c和44d中哪根线是地线或视频线(110)，或直接将开关矩阵配置为标识地线和视频线，而不需要处理器的干预。状态机56还可以简单地确认已满足了条件。处理器可以通过用于通知事件的中断或者逻辑管脚，来接收管脚选择的状态，或者处理器可以轮询设备，以询问状态。不管在哪种情况下，可以由状态机或处理器来自动做出正确的地线选择。状态机拒绝比阈值更低的任何测量电压信号，且向控制器发送指示了线44c和44d中哪根线是地线或视频线的信号。如将理解的，可以按照相反的方式来设置状态机，从而其接受低于阈值的信号但拒绝高于阈值的测量电压信号。可以看到，由于在读数之间的差(＜1％对＞95％)，可以选择如原始信号值的30％的值作为阈值，以允许误差容限，尽管也可以选择其他的阈值。在一个实施例中，阈值可以取决于诸如寄生电容、EMI滤波部件等的外部寄生部件，以选择阈值，使得状态机不会由于系统部件的电容而错误触发，而只会由来自外部电缆的读数所触发。为了可靠地进行检测，这还设置了外部电缆的最小长度。备选地，可以选择其他阈值，且可以通过实现多个阈值在软件中优化在软件中执行的选择或阈值。

在从状态机接收到信号之后，控制器或处理器可以基于来自状态机的结果和对在哪个管脚端口上原始发送高频AC信号的知识，来确定管脚端口PIN3端口和管脚端口PIN4端口中的哪个端口连接到视频线，然后可以由设备相应发送信号，以与电缆交互。

参见图6a和6b，示出了自动电缆检测的示意图。除了能够自动检测视频电缆中的地线之外，当将电缆插入移动通信设备时，图3所示的系统还可以用于协助电缆检测。

可以通过测量信号发生器和与电缆相连的前置放大器之间的传递函数来检测电缆本身的存在。这可以视为检测输出端子上的阻抗负载的方法。

无负载的线发送具有以下电压的信号：

Vout＝Cpar/(Cpar+Cpre_amp_in)*Vsignal，

其中，Vsignal是信号发生器的幅度，Vout是输出信号，Cpar是寄生电容，且Cpre_amp_in是前置放大器的输入电容。当电缆电容加载到输出端口/端子时，公式变为：

Vout＝(Cpar+Ccable)/(Cpar+Ccable+Cpre_amp_in)*Vsignal，

其中Ccable是电缆电容。由于后一个值始终大于前一个输出电压，因此可以检测到该变化。

因此，为了确定是否已连接了电缆，通过信号发生器33向开关矩阵和插孔检测部34发送信号。电缆的存在或不存在提供了响应信号，可由状态机或处理器本身通过测量来自前置放大器的输出电平来监视该响应信号。

如果处理器检测到低的信号读数，则处理器可以确定或确认当前没有电缆插入移动通信设备。备选地，如果处理器检测到高频信号读数，则处理器可以确认电缆的存在，然后可以如上所述地进行确定哪根信号线表示地线的操作。

如果其他设备硬件(比如头戴式耳机检测开关)受损或不存在，则该系统提供了检测电缆的存在的另一方法。

一般而言，与头戴式耳机接口相连的芯片检测电缆，然后向处理器信号通知中断，以指示需要注意。然后，处理器将查询头戴式耳机芯片，并识别是否已插入了电缆。为了使电流消耗最小并向用户提供合理的响应时间，可以使用在约500ms的范围内的周期性间隔，来进行针对电缆的测试。在插入检测管脚端口(PIN5)不工作或不存在的情况下，该测试可以以略有上升的功耗为代价，补偿插入检测管脚端口(PIN5)或由其本身使用。

在前面的描述中，为了解释的目的，阐述了大量细节以提供对本公开的实施例的透彻理解。然而，为了实现本公开，这些具体细节中的一些或全部可能是不必要的，这对于本领域技术人员而言是显而易见的。在其它实例中，仅以框图形式示出了已知的电子结构和电路，以突出本公开。例如，未提供与以下内容相关的具体细节：本文所述的本公开的实施例是否作为软件例程、硬件电路、固件或它们的组合。

本公开的上述实施例仅意在作为示例之用。本领域技术人员可以在不脱离由所附权利要求所唯一定义的本公开的范围的情况下，对特定实施例进行改变、修改和变化。如本文所使用的，术语“包括”不是对集合的限制，而是指示示例性的组。

Claims (13)

1.一种确定视频电缆内的地线的方法，所述视频电缆包括左音频线、右音频线、第三线和第四线，所述方法包括：

将所述第三线和所述第四线之一连接到地基准电压；

通过所述第三线和所述第四线中的另一根线发送高频信号；

测量所述左音频线或所述右音频线的输出电压；以及

基于所测量的输出来确定所述地线。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：在将所述第三线和所述第四线之一连接到地基准电压之前，检测所述视频电缆的存在。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，如果所测量的输出电压近似等于所述高频信号的输出电压，则将所述地线确定为发送所述高频信号的线。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，如果所测量的输出电压小于所述高频信号的电压，则将所述地线确定为连接到所述地基准电压的线。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，确定所述地线包括：

向状态机发送所测量的输出；

接收所述状态机的输出；以及

确定通过哪根线来发送所述高频信号。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，如果所述状态机的输出是1，则将发送所述高频信号的线确定为所述视频线。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，如果所述状态机的输出是0，则将发送所述高频信号的线确定为所述视频线。

8.一种适于在已将电缆插入移动设备通信端口时检测所述电缆内的地线的系统，所述电缆包括左音频线、右音频线、第三线和第四线，所述系统包括：

开关矩阵和插孔检测；

位于所述开关矩阵内的一组管脚端口，适于容纳所述左音频线、所述右音频线、所述第三线和所述第四线；

信号发生器，适于发送AC信号；

一组检测器，适于检测所述左音频线和所述右音频线对所述AC信号的发送作出响应而产生的输出；以及

处理器，适于基于所述检测器检测到的输出，来检测所述地线；

其中，在检测到电缆之后，将所述第三线和所述第四线之一连接到地基准电压，以及通过所述第三线和所述第四线中的另一根线来发送所述AC信号。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述一组管脚端口包括用于检测所述电缆的存在的端口。

10.根据权利要求9所述的系统，其中，通过测量至少一根信号线和所述地基准电压之间的寄生电缆电容，来检测所述电缆的存在。

11.根据权利要求9所述的系统，其中，通过检测至少两根信号线之间的寄生电缆电容，来检测所述电缆的存在。

12.根据权利要求8至11中任一项所述的系统，还包括：状态机，用于从所述一组检测器接收输出，并向所述处理器发送所述输出的结果。

13.根据权利要求8至12中任一项所述的系统，还包括：状态机，用于设置所述开关矩阵和插孔检测，并向所述处理器信号通知输出。

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