CN105430004A - 耳机接口标准的音频密码钥匙及接口适配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耳机接口标准的音频密码钥匙，包含：音频接口；音频标准识别电路，其检测耳机音频接口第三管脚与第四管脚的电压差值以判断音频接口标准；安全芯片，输出标准切换指令和音频密码钥匙数据；模拟开关切换电路，其切换电路将音频密码钥匙与移动互联终端的音频接口的MIC管脚和GND管脚相适配。本发明检测音频接口第三管脚和第四管脚的电压差值，判断音频接口标准，并将耳机接口的MIC管脚和GND管脚接入到音频密钥钥匙相对应的管脚，完成耳机音频接口标准的自动适配，实现兼容市场上移动互联终端的两种耳机音频接口终端，保证移动互联网交易的安全性，扩大音频密码钥匙的使用范围。

Description

耳机接口标准的音频密码钥匙及接口适配方法

技术领域

本发明涉及音频密码钥匙领域，具体涉及一种耳机接口标准的音频密码钥匙及接口适配方法。

背景技术

伴随着互联网技术的迅速发展，近年来电子商务发展迅猛，那么如何确保交易特别是用户网银的安全性，也就成了人们最关心的问题。目前基于PC机的交易主要是用USBkey（USB密码钥匙）来保证。USBKey主要用来存储数字证书，并在USBKey内部进行签名认证，同时USBKey的密码钥匙永远不能导出，这样就保证了通信交互的安全性。

但是随着智能手机等移动互联网设备的普及，交易不再局限于传统的基于PC的网络交易，因此就出现了各种基于移动互联终端的安全key，如，苹果key，安全SD卡以及音频key（音频密码钥匙）等。这几种key有一个共同的弱点，那就是无论是苹果key还是安全SD卡均有针对性，如苹果key只适合于苹果的产品，安全SD卡则需要移动互联设备有SD(TF)接口。但是我们知道，无论是智能手机还是pad等移动互联设备都有耳机音频接口，因此，通过耳机音频接口进行数据传输的音频key基本上可以兼容绝大部分的智能手机及pad等，本发明就是基于音频key。

音频key一般都采用锂电池供电，通过标准的3.5mm耳机音频接口与智能手机或pad相连接来实现双向的数据传输。通讯时，智能手机的麦克风作为输入通路，耳机作为输出通路。与其他类型的key相比，音频key除了安全性高，携带方便的特点外，兼容性好使其在基于移动互联设备的加解密应用中更具有优势。但是使用耳机音频接口用来数据传输也有一个很大的问题，就是目前移动终端耳机音频接口拥有两种标准，一个是OMTP的标准（通常称为国际标准，OpenMobileTerminalPlatform，即开放移动终端平台组织），一个是CTIA的标准（通常称为美国标准，美国无线通信和互联网协会）。两种标准的主要区别在于耳机音频接头3脚，4脚定义的不同。国际标准的3脚为MIC，4脚为GND，而美国标准的3脚为GND，4脚为MIC，所以可以看出国际标准和美国标准的差别就在于MIC和GND两个管脚的位置不同，这也就导致了错位，如果接法错误，就会导致整个音频数据通信的失败。通常的解决方法是制作出两种支持不同耳机标准的音频key产品，客户根据自己的移动终端耳机音频标准来选择不同的音频key产品，这样就会给用户使用带来很大的麻烦，同时也限制了单一耳机标准的音频key的使用范围。

发明内容

本发明提供了一种耳机接口标准的音频密码钥匙及接口适配方法，可以自动识别插入移动终端设备的耳机音频标准类型通过进行相应的模拟开关切换，从而完成了对不同移动终端耳机音频标准的自动适配，保证数据通信的正确性。

为实现上述目的，本发明提供一种耳机接口标准的音频密码钥匙，其特点是，该音频密码钥匙包含：

音频接口，其连接移动互联终端的耳机音频接口；

音频标准识别电路，其接收音频接口输入的移动互联终端音频接口的第三管脚信号和第四管脚信号，检测耳机音频接口第三管脚与第四管脚的电压差值，电压差值为负值判定耳机音频接口为美国标准，电压差值为正值判定耳机音频接口为国际标准，输出标准判定信号；

安全芯片，其接收音频标准识别电路输出的标准判定信号，输出标准切换指令和音频密码钥匙数据；

模拟开关切换电路，其接收标准切换指令，将音频密码钥匙的音频接口的MIC管脚和GND管脚切换至与移动互联终端的耳机音频接口的MIC管脚和GND管脚相适配，将安全芯片的音频密码钥匙数据通过音频接口输出至移动互联终端进行解密。

上述音频标准识别电路包含比较器，其两个输入端分别接收移动互联终端音频接口的第三管脚信号和第四管脚信号；

当第三管脚信号电压小于第四管脚信号电压，判定移动互联终端音频接口为美国标准，比较器输出低电平，标准判定信号以数字信号0的形式输出；

当第三管脚信号电压大于第四管脚信号电压，判定移动互联终端音频接口为国际标准，比较器输出高电平，标准判定信号以数字信号1的形式输出。

上述比较器的两个输入端之间串联有第一电阻R7和第二电阻R10，第一电阻R7和第二电阻R10之间连接至音频密码钥匙的系统地。

上述第一电阻R7和第二电阻R10的阻抗范围设为1K至1.5K欧姆。

上述模拟开关切换电路采用型号为SGM4782的双刀四掷模拟开关芯片。

一种适用于上述耳机接口标准的音频密码钥匙，其特点是，该接口适配方法包含：

音频标准识别电路判断移动互联终端的接口标准；

模拟开关切换电路将音频密码钥匙的音频接口的MIC管脚和GND管脚切换至与移动互联终端的耳机音频接口的MIC管脚和GND管脚相适配。

上述音频标准识别电路判断移动互联终端的接口标准包含：

音频标准识别电路判断耳机音频接口第三管脚和第四管脚的电压差值；电压差值为负值判定耳机音频接口为美国标准；电压差值为正值判定耳机音频接口为国际标准。

上述音频标准识别电路判断移动互联终端的接口标准包含：

音频标准识别电路接收移动互联终端音频接口的第三管脚信号和第四管脚信号；

音频标准识别电路比较第三管脚信号和第四管脚信号的电压大小；

当第三管脚信号电压小于第四管脚信号电压，判定移动互联终端音频接口为美国标准，比较器输出低电平，标准判定信号以数字信号0的形式输出；

当第三管脚信号电压大于第四管脚信号电压，判定移动互联终端音频接口为国际标准，比较器输出高电平，标准判定信号以数字信号1的形式输出。

本发明耳机接口标准的音频密码钥匙和现有技术的音频密匙技术相比，其优点在于，本发明针对现有移动终端，包括智能手机、平板等，耳机音频接口的两种不同标准，通过检测音频接口第三管脚和第四管脚的电压差值，判断音频接口标准，从而通过模拟开关切换硬件电路，将耳机接口的MIC管脚和GND管脚接入到音频密匙设备相对应的管脚上来完成耳机音频接口标准的自动适配，兼容目前市场上移动互联网的两种耳机音频接口终端，保证移动互联网交易的安全性，扩大音频密码钥匙的使用范围；

本发明在第三管脚与第四管脚之前串联的电阻之间连接音频密匙设备的系统地，保证内部偏置电压的输出，保证第三管脚与第四管脚对音频密码钥匙对地阻抗的对称性，既可以给移动互联网设备和音频密码钥匙两个不同的系统提供一个共同的参考电平，也可以避免阻抗过大而影响准确性。

附图说明

图1为本发明耳机接口标准的音频密码钥匙的模块示意图；

图2为移动互联终端的耳机MIC的工作原理图；

图3为本发明音频标准识别电路的电路原理图；

图4为本发明模拟开关切换电路的连接示意图；

图5为本发明模拟开关切换电路的内部结构图。

具体实施方式

以下结合附图，进一步说明本发明的具体实施例。

如图1所示，揭示了一种耳机接口标准的音频密码钥匙100的实施例，该音频密码钥匙100包含：音频接口101、模拟开关切换电路102、安全芯片103、音频标准识别电路104、锂电池105、电源管理芯片106、电源控制单元和低压差线性稳压器（LDO）。

音频接口101用于连接移动互联终端的耳机音频接口，实现音频密码钥匙100与移动互联终端的耳机音频接口的通信连接。因为移动终端的耳机音频信号为模拟信号，不能直接与安全芯片103的数字IO口进行通信，所以音频接口101用的音频信号的输入和输出通道是分开的。

音频标准识别电路104的输入端电路连接音频接口101的输出端，接收音频接口101输入的移动互联终端音频接口输出的音频信号。其中音频标准识别电路104对第三管脚信号和第四管脚信号进行检测，检测耳机音频接口第三管脚与第四管脚的电压差值，电压差值为负值判定耳机音频接口为美国标准，电压差值为正值判定耳机音频接口为国际标准，输出标准判定信号至安全芯片103。

安全芯片103中存储有数字证书等签名认证数据，在音频密码钥匙100中安全芯片103将签名认证数据以音频密码钥匙数据的形式输出。另外，安全芯片103还接收音频标准识别电路104输出的标准判定信号，根据所判断的移动互联终端的耳机音频接口标准，输出标准切换指令。

音频密码钥匙100还包含USB接口电路107，USB接口电路107电路连接安全芯片103，安全芯片103通过USB接口电路107输出密码钥匙数据至外接的互联终端进行解密。从而实现安全芯片可103通过音频信号连接至移动互联终端的音频接口或者通过USB接口电路107连接至PC机，从而实现物理接口的双通道通信，扩大产品的使用范围。

模拟开关切换电路104电路连接安全芯片103的输出端，模拟开关切换电路104接收标准切换指令，将音频密码钥匙的音频接口的MIC管脚和GND管脚切换至与移动互联终端的耳机音频接口的MIC管脚和GND管脚相适配，将安全芯片103的音频密码钥匙数据通过音频接口101输出至移动互联终端完成解密工作。

锂电池105与电源管理芯片106、电源控制单元和低压差线性稳压器（LDO）电路连接，通过电源管理芯片106、电源控制单元和低压差线性稳压器电路连接至音频密码钥匙100的音频接口101、模拟开关切换电路102、安全芯片103、音频标准识别电路104、USB接口电路107等各个硬件，为音频密码钥匙100的各个硬件进行供电。

如图2所示，为移动互联终端的耳机MIC的工作原理图，一般来讲，移动互联终端的耳机MIC端的内部电路中，偏置电压为2.0V，偏置电阻为2.2K，其中GND接入移动终端系统内部地，OUTPUT接入移动终端内部的AD转换电路，来完成录音工作，具体实现过程是当外部负载变化时，A1端得到的电压分压值也会发生变化，所以OUTPUT信号输出给手机内部AD来进行录音的信号也会变化，通过采样改信号就可以完成录音工作，根据信号不同频率的变化，就可以实现移动终端设备与音频key的数据通信。需要注意的是移动终端内部电路也会对A1端对应的外部负载进行检测，当外部负载超出手机识别范围后，耳机会并不认为插入的为耳麦，此时移动终端系统将不会输出内置的偏置电压2.0V，音频key也就不会采样到系统输出的偏置电压，导致耳机标准自适应的失败。考虑到目前移动互联终端特别是手机型号和种类繁多，各厂家的移动终端耳机内部电路也略有不同，经过大量的手机和pad测试得出，外部负载的变化范围控制在1K到10K之间比较理想，这样适配性会更好。

在本案中，移动互联终端的音频耳机信号输入过程就是平时的录音，一般来讲录音的时候是通过改变外部输入负载电路来进行的，音频密码钥匙内部的硬件电路也是依据该特性通过改变接入移动终端耳机的MIC端电阻阻值来完成数据的通信。

如图3所示，为音频标准识别电路的电路原理图，其中EAR_P3接入的是移动互联终端音频接口的第三管脚，EAR_P4接入的是移动互联终端音频接口的第四管脚。在EAR_P3与EAR_P4之间，由终端内部MIC的工作原理可以得出，会存在一个偏置电压，通过采样改电压，根据电压的正负极性就会得知终端所采用的耳机标准类型。

具体的，音频标准识别电路包含有型号为SGM8707的比较器U2，当耳机插入时，比较器U2的两个输入端EAR_P3与EAR_P4分别接收移动互联终端音频接口的第三管脚信号和第四管脚信号。当第三管脚信号电压小于第四管脚信号电压，判定移动互联终端音频接口为美国标准，比较器U2输出低电平，标准判定信号以数字信号0的形式输出；当第三管脚信号电压大于第四管脚信号电压，判定移动互联终端音频接口为国际标准，比较器U2输出高电平，标准判定信号以数字信号1的形式输出。

其中EAR_P3和EAR_P4之间串联第一电阻R7和第二电阻R10，阻值为1.2K，在第一电阻R7和第二电阻R10的中间端连接音频密码钥匙的系统地。这样接有以下优点：

1、保证EAR_P3和EAR_P4负载在移动终端MIC可以识别的负载阻抗范围内，MIC负载的识别范围在1K和10K之间，这样才会有内部偏置电压的输出。

比较器的两个输入端之间的第一电阻R7、第二电阻R10起到模拟耳机耳麦阻抗的作用，一般耳麦的阻抗为1K到10K之间，所以第一电阻R7和第二电阻R10的阻值是有要求的，同时，因为在音频密码钥匙设备完成自适配的过程中，第一电阻R7或者第二电阻R10会串接到音频的左右声道的电路中，如果第一电阻R7和第二电阻R10阻值过大，会影响移动互联网终端设备对音频密码钥匙的识别，所以第一电阻R7和第二电阻R10的阻抗的范围经过大量测试发现限定在1K~1.5K在之间。

2、保证移动互联终端的不同音频接口标准，比如EAR_P3和EAR_P4，对音频密码钥匙的系统地的对称性，不至于移动终端地和音频密码钥匙地之间的阻抗过大，从而影响音频左右声道数据的传输的准确性。

另外也可以给移动互联网终端和音频密码钥匙两个不同的系统之间提供一个共同的参考电平。

另外，考虑到移动终端耳机音频信号的输出是模拟正弦波信号，所以音频密码钥匙内部的硬件电路通过音频标准识别电路104的比较器U2还可以实现将模拟正弦波信号转换成安全芯片可以识别的数字IO口信号，从而完成模数转换。

如图4所示，为模拟开关切换电路的连接示意图，当音频标准识别电路通过音频终端偏置电压检测出不同的耳机标准类型时，音频标准识别电路的输出端MCU_EAR_TYPE会输出不同的电压值，输出至安全芯片。对应关系为：MCU_EAR_TYPE=0（低电平）为国际标准，MCU_EAR_TYPE=1（高电平）为美国标准。MCU_EAR_TYPE的电压值对应的高低电平会输出给音频密码钥匙内部的安全芯片进行智能处理，根据该信号，安全芯片会完成对模拟开关切换电路的电路切换控制，从而将移动互联终端耳机的第三管脚EAR_P3和第四管脚EAR_P4接入到音频密码钥匙对应的相应管脚上，实现音频密码钥匙的音频接口的MIC管脚和GND管脚切换至与移动互联终端的耳机音频接口的MIC管脚和GND管脚相适配。

如图5所示，为模拟开关切换电路的内部结构图，模拟开关切换电路采用的是圣邦威电子公司生产型号为SGM4782的双刀四掷模拟开关芯片。要实现耳机两个不同标准的切换需要两个步骤：1）当耳机插头插入音频密码钥匙时，此时安全芯片的MCU_EAR_SELA口会输出高电平，而MCU_EAR_SELB口则输出低电平，通过模拟开关切换电路的切换，最终模拟开关切换电路内部的连接形式为：X-X1，Y-Y1，接着根据移动互联终端的不同的耳机音频接口标准，MCU_RAE_TYPE则会输出不同的高低电平给安全芯片。2）如果MCU_RAE_TYPE=0，为国际标准，此时安全芯片的MCU_EAR_SELA就会输出一个低电平，MCU_EAR_SELB则输出高电平，通过模拟开关的作用，连接形式变为：X-X2，Y-Y2；反之如果MCU_RAE_TYPE=1，则为美国标准，此时安全芯片的MCU_EAR_SELA会输出高电平，而MCU_EAR_SELB也输出高电平，通过模拟开关的作用，连接形式会变为：X-X3，Y-Y3。不同的连接形式对应不同的耳机音频接口标准，这样就可以根据MCU_EAR_TYPE管脚得出的音频接口标准类型，通过模拟开关切换电路的切换作用，完成了音频密码钥匙的音频接口与移动互联终端的耳机音频接口两种标准的自适应。

本发明还公开了一种适用于上述耳机接口标准的音频密码钥匙的接口适配方法，该接口适配方法包含以下步骤：

S1、音频标准识别电路判断移动互联终端的接口标准。

S2、模拟开关切换电路将音频密码钥匙的音频接口的MIC管脚和GND管脚切换至与移动互联终端的耳机音频接口的MIC管脚和GND管脚相适配。

其中S1音频标准识别电路判断移动互联终端的接口标准具体包含以下步骤：

S1.1、音频标准识别电路接收移动互联终端音频接口的第三管脚信号和第四管脚信号；

S1.2、音频标准识别电路比较第三管脚信号和第四管脚信号的电压大小，即判断耳机音频接口第三管脚和第四管脚的电压差值；

当第三管脚信号电压小于第四管脚信号电压，电压差值为负值，判定移动互联终端音频接口为美国标准，比较器输出低电平，标准判定信号以数字信号0的形式输出；

当第三管脚信号电压大于第四管脚信号电压，电压差值为正值，判定移动互联终端音频接口为国际标准，比较器输出高电平，标准判定信号以数字信号1的形式输出。

S1.3、音频标准识别电路将标准判定信号输出至安全芯片

本发明基于自适配耳机音频接口标准技术的音频密码钥匙针对现有移动终端（包括智能手机，平板等）耳机音频接口的两种不同标准，提出了利用耳机音频接口的MIC管脚与GND管脚之间存在偏置电压的特性，采用模拟切换开关进行电路切换来完成耳机音频标准自适应的解决方案。本发明的方案基本可以适配目前市场上大部分主流的手机，平板等移动终端设备。经过大量手机，平板测试适配性可以达到90%以上。

综上所述，本发明的原理主要依据以下两个技术：

1）移动互联终端耳机音频接口的MIC端与GND之间在内部硬件电路中会存在一个2V的偏置电压，该偏置电压通过串联一个2.2K的电阻，输出到耳机接口的MIC端，所以如果检测耳机接口的MIC端和GND端，就会存在一个电压差值，本发明就是利用该电压差值的正负极性来识别移动终端耳机音频的标准类型。如果耳机接口的第三脚与第四脚的电压差值为负值则为美国标准，反之如果第三脚与第四脚的电压差值为正值则为国际标准。

2）当通过移动终端耳机音频接口的第三脚与第四脚的电压差值检测出所采用的耳机音频标准时，如何进行标准的切换也是一个难点，本发明采用了双刀四掷模拟开关芯片，利用安全芯片的IO口控制模拟开关来进行硬件电路切换，根据不同的耳机音频标准类型，将耳机接口的MIC管脚和GND管脚接入到音频密码钥匙相对应的管脚上来完成耳机音频接口标准的自动适配。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种耳机接口标准的音频密码钥匙，其特征在于，该音频密码钥匙包含：

音频接口，其连接移动互联终端的耳机音频接口；

音频标准识别电路，其接收音频接口输入的移动互联终端音频接口的第三管脚信号和第四管脚信号，检测耳机音频接口第三管脚与第四管脚的电压差值，电压差值为负值判定耳机音频接口为美国标准，电压差值为正值判定耳机音频接口为国际标准，输出标准判定信号；

安全芯片，其接收音频标准识别电路输出的标准判定信号，输出标准切换指令和音频密码钥匙数据；

模拟开关切换电路，其接收标准切换指令，将音频密码钥匙的音频接口的MIC管脚和GND管脚切换至与移动互联终端的耳机音频接口的MIC管脚和GND管脚相适配，将安全芯片的音频密码钥匙数据通过音频接口输出至移动互联终端进行解密。

2.如权利要求1所述的耳机接口标准的音频密码钥匙，其特征在于，所述音频标准识别电路包含比较器，其两个输入端分别接收移动互联终端音频接口的第三管脚信号和第四管脚信号；

当第三管脚信号电压小于第四管脚信号电压，判定移动互联终端音频接口为美国标准，比较器输出低电平，标准判定信号以数字信号0的形式输出；

当第三管脚信号电压大于第四管脚信号电压，判定移动互联终端音频接口为国际标准，比较器输出高电平，标准判定信号以数字信号1的形式输出。

3.如权利要求2所述的耳机接口标准的音频密码钥匙，其特征在于，所述比较器的两个输入端之间串联有第一电阻R7和第二电阻R10，第一电阻R7和第二电阻R10之间连接至音频密码钥匙的系统地。

4.如权利要求3所述的耳机接口标准的音频密码钥匙，其特征在于，所述第一电阻R7和第二电阻R10的阻抗范围设为1K至1.5K欧姆。

5.如权利要求1所述的耳机接口标准的音频密码钥匙，其特征在于，所述模拟开关切换电路采用型号为SGM4782的双刀四掷模拟开关芯片。

6.一种适用于如权利要求中任意一项权利要求所述耳机接口标准的音频密码钥匙，其特征在于，该接口适配方法包含：

音频标准识别电路判断移动互联终端的接口标准；

模拟开关切换电路将音频密码钥匙的音频接口的MIC管脚和GND管脚切换至与移动互联终端的耳机音频接口的MIC管脚和GND管脚相适配。

7.如权利要求6所述的接口适配方法，其特征在于，所述音频标准识别电路判断移动互联终端的接口标准包含：

音频标准识别电路判断耳机音频接口第三管脚和第四管脚的电压差值；电压差值为负值判定耳机音频接口为美国标准；电压差值为正值判定耳机音频接口为国际标准。

8.如权利要求6所述的接口适配方法，其特征在于，所述音频标准识别电路判断移动互联终端的接口标准包含：

音频标准识别电路接收移动互联终端音频接口的第三管脚信号和第四管脚信号；

音频标准识别电路比较第三管脚信号和第四管脚信号的电压大小；

当第三管脚信号电压小于第四管脚信号电压，判定移动互联终端音频接口为美国标准，比较器输出低电平，标准判定信号以数字信号0的形式输出；

当第三管脚信号电压大于第四管脚信号电压，判定移动互联终端音频接口为国际标准，比较器输出高电平，标准判定信号以数字信号1的形式输出。