CN104620567A - 用于检测在音频插头中的地线和麦克风输入触头的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于检测在移动电话的音频插头上的信号MIC-IN和GND的位置的电路，其包括两个比较器和两个开关。比较器比较在代表移动电话的音频插头的MIC-IN和GND的两个接触点之间的电压差，且通过这个比较，移动电话的接地信号被识别出。电路然后通过启动适当的开关来适当地连接附件的地线和移动电话。

Description

用于检测在音频插头中的地线和麦克风输入触头的系统和方法
相关共同待决申请的交叉引用
本申请要求于2012年7月13日提交的且标题为“用于检测在音频插头中的地线和麦克风输入触头的系统和方法(SYSTEM AND METHOD FOR DETECTING THEGROUND AND MICROPHONE INPUT CONTACTS IN AN AUDIO PLUG)”的美国临时申请序列号61/671,119的利益，该利益被共同转让，该临时申请的内容通过参考被明确地并入本文。
发明领域
本发明涉及用于检测在移动通信设备的音频插头中的地线和麦克风输入触头的系统和方法。
发明背景
便携式个人计算设备例如智能电话、个人数字助理(PDA)、便携式计算机、平板计算机和音频设备例如数字音乐播放器在近年来变得普及。这些设备通常具有不同的内置物理电气接口例如USB、火线、RS232串行端口和音频插头等。在几乎所有这些设备中，且特别是在音频设备中，音频插头是公共接口。设备的音频插头充当用于传输包括音频信号的模拟信号的音频插孔连接器的插座。音频插头也可用于连接到头戴式耳机、扬声器、麦克风和免提设备等。
以前，很多移动电话通常具有其自己专用形式的音频插头，所述音频插头被配置成与配备有配套的专用音频插孔的电缆一起使用。然而，最近移动电话的功能改变了这么多，使得大部分移动电话现在也是数字音乐播放器、支付设备、导航设备和照相机等。包括头戴式耳机、打印机和读卡器等的额外的附属设备可被连接到移动电话，以便听音乐、打印和完成支付等。因此，由于这些增加的功能和将额外的附属设备连接到移动电话的需要，2.5mm音频插头和/或3.5mm音频插头现在可在大部分中端到高端的移动电话上找到。为了使附属设备经由音频插孔与移动电话适当地连接和通信，必须建立在附属设备和移动电话之间的公共地线。否则，从附属设备传输的信号不能由移动电话适当地翻译。
大部分4极插头包括分别连接到立体声输出的左通道(L-CH)、立体声输出的右通道(R-CH)、麦克风输入(MIC-IN)和移动电话的地线(GND)的四个接触点。然而，在音频插头上的这些接触点的布置还有没被标准化。在一些移动电话中可反转MIC-IN和GND的接触点。因此，需要附属设备的至少两种不同的设计，来使它们与所有移动电话可兼容。这对于商人是不合意的，因为它增加了附属设备的库存单位(SKU)的数量。这对于消费者也是不合意的，因为这使为他们的移动电话识别并选择适当的附属设备变得困难。
因此，存在对识别在移动电话的音频插头中的特定GND和MUC-IN配置的方法的需要。
发明概述
通常，在本发明的一个方面中，提供了一种包括移动计算设备、外围设备和电路的系统。移动计算设备包括具有第一和第二触头的音频插头。外围设备包括音频插孔和微处理器。电路连接音频插孔和微处理器，并用于检测在音频插头的第一和第二触头当中的麦克风输入(MIC-IN)和地线(GND)，其中MIC-IN具有比GND更高的电压。
本发明的这个方面的实现可包括一个或多个下面的特征。电路包括连接到第一开关的第一比较器和连接到第二开关的第二比较器。第一比较器连接到音频插头的第一和第二触头，并测量在第一和第二触头之间的第一电压，且第二比较器以反向方式连接到音频插头的第一和第二触头，并测量在第一和第二触头之间的第二电压。电路还比较在第一和第二触头之间的第一和第二电压，从而识别在音频插头的第一和第二触头当中的MIC-IN和GND。电路还包括连接在第一比较器的第一和第二输入之间的电阻器，且第一比较器的第一和第二输入被连接到音频插头的第一和第二触头，且电阻器用于建立在第一比较器的第一和第二输入之间以及在音频插头的第一和第二触头之间的第一电压。电阻器还被连接在第二比较器的第一和第二输入之间，且第二比较器的第一和第二输入被连接到音频插头的第二和第一触头，且电阻器用于建立在第二比较器的第一和第二输入之间以及在音频插头的第二和第一触头之间的第二电压。如果第一电压低而第二电压高，则电路使第一开关接通，并使第二开关断开。如果第一电压高而第二电压低，则电路使第二开关接通，并使第一开关断开。第一和第二比较器包括运算放大器。第一和第二开关包括N-MOS晶体管。电路包括连接到第一开关的比较器和从比较器接收输入并被连接到第二开关的逆变器。第一比较器连接到音频插头的第一和第二触头，并测量在第一和第二触头之间的第一电压，且逆变器从比较器接收第一电压，并反转第一电压的符号，从而产生第二电压，以及电路还比较第一和第二电压，并从而识别在音频插头的第一和第二触头当中的MIC-IN和GND。如果第一电压是高而第二电压是低，则电路使第一开关接通，并使第二开关断开。如果第一电压是低而第二电压是高，则电路使第二开关接通，并使第一开关断开。电路包括第一开关和第二开关，且第一和第二开关中的每一个包括N-MOS晶体管。第一开关连接到音频插头的第一和第二触头，而第二开关以反向方式连接到音频插头的第一和第二触头。音频插孔连接器包括地线(GND)触头、麦克风输入(MIC-IN)触头和一个或多个耳机通道触头。音频插孔可以是4触头芯-环-环-套筒(TRRS)连接器、3触头芯-环-套筒(TRS)连接器、3.5mm音频插孔、6.35mm音频插孔、2.5mm音频插孔、RCA连接器、XLR连接器、香蕉式连接器、其单声道或立体声变化形式。音频插头还包括被配置成分别连接到音频插孔的一个或多个耳机通道触头的一个或多个耳机通道触头。移动计算设备可以是移动电话、个人数字助理(PDA)、上网本、平板计算机、笔记本计算机、游戏控制台、电子书阅读器、便携式视频播放器或数字音频播放器。外围设备可以是支付读卡器、磁性读卡器、打印机、头戴式耳机、扬声器、麦克风、或其免提变化形式。
通常，在本发明的一个方面中，提供用于检测在移动计算设备中的麦克风输入(MIC-IN)和地线(GND)的方法。该方法包括提供移动计算设备，所述移动计算设备包括音频插头。音频插头包括第一和第二触头。接着提供包括音频插孔和微处理器的外围设备，并接着提供电路，所述电路连接音频插孔和微处理器，并用于检测在音频插头的第一和第二触头当中的麦克风输入(MIC-IN)和地线(GND)，其中MIC-IN具有比GND更高的电压。
附图的简要说明
图1示出被配置成经由音频插孔连接器连接到移动电话的附属设备；
图2是所述附属设备的示意图；
图3描绘根据本发明的电路的第一实施例，其用于检测移动电话的音频端口的MIC-IN和GND；
图4描绘根据本发明的电路的第二实施例，其用于检测移动电话的音频端口的MIC-IN和GND；以及
图5描绘根据本发明的电路的第三实施例，其用于检测移动电话的音频端口的MIC-IN和GND。
本发明的详细描述
本发明提供用于检测在移动电话的音频插头上的信号MIC-IN和GND的位置的电路。电路包括两个比较器和两个开关。比较器比较在代表移动电话的音频插头的MIC-IN和GND的两个接触点之间的电压差，且通过这个比较，移动电话的接地信号被识别出。然后通过启动适当的开关，电路适当地连接附件的地线和移动电话。本发明使附件的单个设计可兼容到移动电话上的音频插头的两种不同的配置。
本发明适用3极布置，其中只有单声道音频信号而不是两个立体声左和右音频通道(L-CH、R-CH)。本发明还可应用于具有MIC-IN和GND信号的其它可能的插孔和插头配置。
本发明适用于不同类型的计算设备，包括但不限于移动电话、个人数字助理(PDA)、上网本、平板计算机、笔记本计算机、电子阅读器、数字音乐播放器和数字视频播放器以及游戏控制台等。
参考图1，附属设备101包括音频插孔102，并通过将音频插孔连接器102插入移动电话的音频插头104中来连接到移动电话103。音频插头104包括四个接触点106、107、108和109。在正常情况下，接触点108和109分别被连接到移动电话的立体声音频输出的R-CH和L-CH。如上面提到的，在移动电话的一些模型中，接触点107被连接到GND，而接触点106被连接到移动电话的MIC-IN。在移动电话的其它模型中，接触点107被连接到MIC-IN，而接触点106被连接到GND。因此，存在移动电话的音频插头的MIC-IN和GND的接触点的两种可能的布置。
参考图2，在示例实现方式中，附属设备101除了音频插孔102以外，还包括微处理器或微控制器单元(MCU)205、MCU输出203、地线(GND)204和用于检测移动电话的音频插头配置的电路206。如上面提到的，为了使附属设备的微处理器或微控制器(MCU)205能够与移动电话适当地通信，附属设备的GND 204必须连接到移动电话的GND，且来自MCU的输出203必须连接到移动电话的MIC-IN。电路206被放置在MCU 205和音频插孔102之间，并检测移动电话的音频插头的配置，且然后建立在附属设备和移动电话之间的公共GND。在一个例子中，音频插孔连接器102具有如图2所示的3触头芯-环-套筒(TRS)连接器或4触头芯-环-环-套筒(TRRS)连接器的形式。音频插孔102包括MIC-IN触头110、GND触头111、R-CH触头112、L-CH触头113和绝缘环114。
参考图3，其为包括接触点301、302、308、比较器304、305和开关306、307的电路206的一个实施例。接触点308是电路的GND和附件的GND。接触点301和302以反向方式连接到两个比较器304和305。在一个例子中，比较器304、305由运算放大器(OpAmp)实现。每个比较器304、305分别连接到开关306、307。在一个例子中，开关306、307由N-MOSFET(NMOS)晶体管实现。电阻器303连接在接触点301和302之间，以建立在这两个点之间的电压差。附件101的音频插孔102的接触点110和111被分别连接到电路的接触点301和302。
本发明的设计基于下列事实：在移动电话插头上的MIC-IN信号将具有补偿电压偏置，并将比GND信号在更高的电压电位下。当附属设备101经由音频插孔102被插入移动电话103的音频插头104中时，附属设备101的接触点110和111被分别连接到移动电话的接触点106和107。因此，移动电话103的音频插头104的接触点106和107被分别连接到电路206的接触点301和302。
如果移动电话103的接触点106被连接到MIC-IN，且移动电话的接触点107被连接到GND，则在接触点301和302之间的电位差将是正的。来自比较器304和305的输出将分别是低和高。然后开关307将被接通，且开关306将保持断开。因此附属设备的GND和移动电话的GND被连接在一起。移动电话的MIC-IN仍然被固定到某个电位，因为开关306仍然是断开的。来自附属设备的信号将通过比较器312和电阻器313到达接触点P1 301(其被连接到移动电话的MIC-IN)。
如果移动电话103的接触点106被连接到GND，且移动电话的接触点107被连接到MIC-IN，则在输入点301和302之间的电位差将是负的。来自比较器304和305的输出将分别是高和低。然后开关306将被接通，且开关307将保持断开。因此附属设备的GND和移动电话的GND被连接在一起。移动电话的MIC-IN仍然被固定到某个电位，因为开关307仍然是断开的。来自附属设备的信号将通过电容器310和电阻器313到达接触点P2 302(其被连接到移动电话的MIC-IN)。
参考图4，在另一实施例中，不是使用两个比较器，而是电路206由一个比较器403和一个逆变器404实现。OpAmp 403的输出被连接到开关405和逆变器404的输入。逆变器404的输出然后被连接到开关406。逆变器404反转来自比较器403的输出电压。因此，开关405或406中的任一个将被接通。如果移动电话的音频插头的GND被连接到接触点P1 401，则来自比较器403的输出为高，且逆变器404的输出于是为低。开关405将被接通，且开关406将被断开。因此，移动电话的音频插头的GND被连接到附属设备的GND 408。如果移动电话的音频插头的GND被连接到接触点P2 402，则来自比较器403的输出为低，且逆变器404的输出于是为高。开关405将被断开，且开关406将被接通。因此，移动电话的音频插头的GND也被连接到附件的GND 408。
参考图5，在另一实现方式中，电路206包括两个电子开关503、504，他们是NMOS晶体管。接触点PI 501和P2 502以反向方式被连接到两个开关503和504。因此，任一开关被接通。接触点505是附件的GND。因此，任一接触点P1 501或接触点P2 502将被连接到附件的GND505。如果移动电话的音频插头的GND和MIC-IN被分别连接到接触点P1 501和P2 502，则开关503被接通，且开关504被断开。因此，移动电话的音频插头的GND被连接到附件的GND 505。如果移动电话的音频插头的GND和MIC-IN被分别连接到接触点P2 502和P1 501，则开关504被接通，且开关503被断开。因此，移动电话的音频插头的GND也被连接到附件的GND 505。
在上面描述的三个实施例中，无论移动电话的MIC-IN和GND的配置是什么，附件的GND都总是被连接到移动电话的GND，且来自附件的信号总是进入移动电话的MIC-IN。
描述了本发明的几个实施例。然而将理解，可进行各种修改，而不偏离本发明的精神和范围。因此，其它实施例在下面的权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种系统，包括：
移动计算设备，所述移动计算设备包括音频插头，其中所述音频插头包括第一触头和第二触头；
外围设备，所述外围设备包括音频插孔和微处理器；以及
电路，所述电路连接所述音频插孔和所述微处理器，并用于检测在所述音频插头的所述第一触头和所述第二触头当中的麦克风输入MIC-IN和地线GND，其中所述麦克风输入MIC-IN包括比所述地线GND更高的电压。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述电路包括连接到第一开关的第一比较器和连接到第二开关的第二比较器，且其中所述第一比较器连接到所述音频插头的所述第一触头和所述第二触头，并测量在所述第一触头和所述第二触头之间的第一电压，且所述第二比较器以反向方式连接到所述音频插头的所述第一触头和所述第二触头，并测量在所述第一触头和所述第二触头之间的第二电压，且其中所述电路还比较在所述第一触头和所述第二触头之间的所述第一电压和所述第二电压，并从而识别在所述音频插头的所述第一触头和所述第二触头当中的所述麦克风输入MIC-IN和所述地线GND。
3.如权利要求2所述的系统，其中所述电路还包括连接在所述第一比较器的所述第一输入和所述第二输入之间的电阻器，且其中所述第一比较器的所述第一输入和所述第二输入被连接到所述音频插头的所述第一触头和所述第二触头，且所述电阻器用于建立在所述第一比较器的所述第一输入和所述第二输入之间以及在所述音频插头的所述第一触头和所述第二触头之间的所述第一电压。
4.如权利要求3所述的系统，其中所述电阻器还被连接在所述第二比较器的所述第一输入和所述第二输入之间，且其中所述第二比较器的所述第一输入和所述第二输入被连接到所述音频插头的所述第二触头和所述第一触头，且所述电阻器用于建立在所述第二比较器的所述第一输入和所述第二输入之间以及在所述音频插头的所述第二触头和第一触头之间的所述第二电压。
5.如权利要求4所述的系统，其中如果所述第一电压是低而所述第二电压是高，则所述电路使所述第一开关接通，并使所述第二开关断开。
6.如权利要求4所述的系统，其中如果所述第一电压是高而所述第二电压是低，则所述电路使所述第二开关接通，并使所述第一开关断开。
7.如权利要求2所述的系统，其中所述第一比较器和所述第二比较器包括运算放大器。
8.如权利要求2所述的系统，其中所述第一开关和所述第二开关包括N-MOS晶体管。
9.如权利要求1所述的系统，其中所述电路包括连接到第一开关的比较器和从所述比较器接收输入并被连接到第二开关的逆变器，且其中所述第一比较器连接到所述音频插头的所述第一触头和所述第二触头，并测量在所述第一触头和所述第二触头之间的第一电压，且其中所述逆变器从所述比较器接收所述第一电压，并反转所述第一电压的符号，从而产生第二电压，以及其中所述电路还比较所述第一电压和所述第二电压，并从而识别在所述音频插头的所述第一触头和所述第二触头当中的所述麦克风输入MIC-IN和所述地线GND。
10.如权利要求9所述的系统，其中如果所述第一电压是高而所述第二电压是低，则所述电路使所述第一开关接通，并使所述第二开关断开。
11.如权利要求9所述的系统，其中如果所述第一电压是低而所述第二电压是高，则所述电路使所述第二开关接通，并使所述第一开关断开。
12.如权利要求1所述的系统，其中所述电路包括第一开关和第二开关，且所述第一开关和所述第二开关中的每一个包括N-MOS晶体管。
13.如权利要求12所述的系统，其中所述第一开关连接到所述音频插头的所述第一触头和所述第二触头，且所述第二开关以反向方式连接到所述音频插头的所述第一触头和所述第二触头。
14.如权利要求2所述的系统，其中所述音频插孔连接器包括地线GND触头、麦克风输入MIC-IN触头和一个或多个耳机通道触头。
15.如权利要求14所述的系统，其中所述音频插孔包括下列之一：4触头芯-环-环-套筒TRRS连接器、3触头芯-环-套筒TRS连接器、3.5mm音频插孔、6.35mm音频插孔、2.5mm音频插孔、RCA连接器、XLR连接器、香蕉式连接器、其单声道或立体声变化形式。
16.如权利要求14所述的系统，其中所述音频插头还包括被配置成分别连接到所述音频插孔的一个或多个耳机通道触头的一个或多个耳机通道触头。
17.如权利要求1所述的系统，其中所述移动计算设备包括移动电话、个人数字助理PDA、上网本、平板计算机、笔记本计算机、游戏控制台、电子书阅读器、便携式视频播放器或数字音频播放器之一。
18.如权利要求1所述的系统，其中所述外围设备包括下列之一：支付读卡器、磁性读卡器、打印机、头戴式耳机、扬声器、麦克风或其免提变化形式。
19.一种电路，包括：
连接到第一开关的第一比较器和连接到第二开关的第二比较器，且其中所述第一比较器连接到所述音频插头的第一触头和第二触头，并测量在所述第一触头和所述第二触头之间的第一电压，且所述第二比较器以反向方式连接到所述音频插头的所述第一触头和所述第二触头，并测量在所述第一触头和所述第二触头之间的第二电压，且所述电路还比较在所述第一触头和第二触头之间的所述第一电压和所述第二电压，并从而识别在所述音频插头的所述第一触头和所述第二触头当中的麦克风输入MIC-IN和地线GND。
20.一种用于检测在移动计算设备中的麦克风输入MIC-IN和地线GND的方法，包括：
提供包括音频插头的移动计算设备，其中所述音频插头包括第一触头和第二触头；
提供包括音频插孔和微处理器的外围设备；以及
提供电路，所述电路连接所述音频插孔和所述微处理器，并用于检测在所述音频插头的所述第一触头和所述第二触头当中的麦克风输入MIC-IN和地线GND，其中所述麦克风输入MIC-IN包括比所述地线GND更高的电压。
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