CN109660913A - 终端、终端外设、信号传输系统以及信号发送和接收方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种终端、终端外设、信号传输系统以及信号发送和接收方法，其中，上述终端包括：第一音频模块，通过IC间音频I2S总线通道与终端中的通用串行总线USB插座连接，用于将待发送信号发送至USB插座；USB插座，用于提供终端与终端外设之间的物理连接接口。

Description

终端、终端外设、信号传输系统以及信号发送和接收方法
技术领域
本发明涉及电子设备领域，具体而言，涉及一种终端、终端外设、信号传输系统以及信号发送和接收方法。
背景技术
当前，在基于通用串行总线(Universal Serial Bus，简称为USB)接口的终端外设的整体设计方案中，经常出现信号干扰、信号延迟、功耗较大等问题，例如，耳机的整体设计方案中，常常会出现较大的信号干扰、通话延迟，整体功耗较大等问题，例如在设计USBType-C耳机整体方案的过程中，发现目前的基于USB音频类(USB Audio Class，简称为UAC)技术的USB Type-C纯数字耳机还不能解决移动网络下通话延迟过长的问题,过不了通讯测试标准。虽然UAC标准在优化、手机平台方案厂家也不断在优化平台设计，但目前还没有成熟的解决方案。
目前最通常的做法是采用一种模数混合的方式来设计USB Type-C耳机，即听音乐时使用UAC技术，打电话时将传统3.5mm耳机的模拟信号路由到USB TYPE-C接口的方式。图1示出了模数混合USB Type-C耳机结构。
这种混合模式耳机有如下问题：
1.USB TYPE-C接口接模拟耳机转接头再插耳机时，实质还是模拟耳机，听音乐和打电话时信号还是容易受到干扰，耳机的高保真度(High Fidelity，简称为HIFI)性能得不到可靠保证。
2.通过UAC方式听音乐时，由于采用的是USB集成电路内置音频总线(USB-interIC Sound，简称为USB-I2S)桥的方式，音频信号传输采用I2S OVER USB技术，音频信号流通过USB物理通道进行数据传输，USB接口通常是挂在应用(AP)处理器上，USB工作时AP不能睡眠，功耗会比较大，另外，主机和耳机间要做I2S转USB、USB转I2S的桥转换，额外增加的功耗也比较大。AP和转换桥的加入会明显降低移动终端的续航时间，用户体验变差。
3.在模拟和数字模式切换场景下存在USB枚举延时，用户会觉察到卡顿，会降低用户对产品的整体体验效果。
针对相关技术中的上述问题，目前尚无有效的解决方案。
发明内容
本发明实施例提供了一种终端、终端外设、信号传输系统以及信号发送和接收方法，以至少解决相关技术中终端外设的设计方案中存在信号干扰、信号延迟以及功耗较大等问题。
根据本发明的一个实施例，提供了一种终端，包括：第一音频模块，通过集成电路(Integrated Circuit，简称为IC)间音频I2S总线通道与终端中的通用串行总线USB插座连接，用于将待发送信号发送至USB插座；USB插座，用于提供终端与终端外设之间的物理连接接口。
根据本发明的另一个实施例，提供了一种终端外设，包括：第二音频模块，通过IC间音频I2S总线通道与终端外设中的通用串行总线USB插头连接，用于与USB插头通过I2S总线通道进行信号传输；USB插头，用于与终端外设所接入终端的USB插座连接。
根据本发明的又一个实施例，还提供了一种信号传输系统，包括以上任一所述的终端，以及以上任一所述的终端外设。
根据本发明的又一个实施例，还提供了一种信号发送方法，包括：终端通过I2S总线通道将待发送信号发送至终端中的USB插座，并经由该USB插座将待发送信号发送至终端外设。
根据本发明的又一个实施例，还提供了一种信号接收方法，包括：终端外设通过该终端外设的通用数据总线USB插头接收来自终端的信号，并通过IC间音频I2S总线通道将信号发送至终端外设中的第二音频模块。
通过本发明，由于将终端中的信号通过I2S总线通道路由到了USB插座实现了I2S穿越(over)USB接口以连接终端外设，从而实现了通过I2S进行终端与终端外设之间的信号传输。由于I2S传输的是数字信号，因此，可以解决由于信号是模拟信号而导致信号易受干扰的问题；由于I2S是一种低功耗总线，因此，可以解决功耗大的问题；由于I2S是一种终端内部芯片间的音频总线，因此，可以降低时延，提升用户体验。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为根据相关技术中模数混合USB Type-C耳机结构示意图；
图2为根据本发明实施例的一种可选的I2S直连(Naked Over)USB Type-C接口的系统示意图；
图3a为根据本发明实施例的一种可选的终端外设正向插入时I2S和USB信道建立的原理示意图；
图3b为根据本发明实施例的一种可选的终端外设正向插入时插座和插头管脚对应关系的示意图；
图4a为根据本发明实施例的一种可选的终端外设反向插入时I2S和USB信道建立的原理示意图；
图4b为根据本发明实施例的一种可选的终端外设反向插入时插座和插头管脚对应关系的示意图；
图5a为根据本发明实施例的一种可选的CC模块的电路原理图；
图5b为根据本发明实施例的另一种可选的CC模块的电路原理图；
图6为根据本发明实施例的一种可选的CC总线交互方式下的主机和外设的交互流程图；
图7为根据本发明实施例的一种可选的终端外设和终端间使用USB总线交互方式时的交互流程图；
图8为根据本发明实施例的一种终端的结构示意图；
图9为根据本发明实施例的一种可选的终端的结构示意图；
图10为根据本发明实施例的一种终端外设的结构示意图；
图11为根据本发明实施例的另一种可选的终端外设的结构示意图；
图12为根据本发明实施例的一种可选的I2S穿越USB Type-C接口的单模数字耳机架构图；
图13为根据本发明实施例的一种可选的耳机和主机间使用CC总线的交互流程图；
图14为根据本发明实施例的一种可选的基于I2S和UAC双模数字耳机的架构示意图；
图15为根据本发明实施例的一种可选的基于I2S和UAC双模数字耳机的电路原理示意图；
图16为根据本发明实施例的一种可选的耳机的CODEC模块的结构框图；
图17为根据本发明实施例的一种可选的主机支持I2S Naked Over USB Type-C架构时双模耳机的I2S USBC模式的工作流程图；
图18为根据本发明实施例的一种可选的主机支持UAC架构时双模耳机的UAC模式的工作流程图；
图19为根据本发明实施例的一种信号发送方法的流程图；
图20为根据本发明实施例的一种信号接收方法的流程图。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
为便于理解本实施例，以下将本申请实施例中所涉及的技术术语解释如下：
终端外设，即连接至终端的外部设备，是指连接在计算机主机以外的硬件设备，对数据和信息起着传输、转送和存储的作用。
IC间音频(Inter-IC Sound，简称为I2S)总线，又称为集成电路内置音频总线，主要用于音频设备之间的数据传输，其采用了沿独立的导线传输时钟与数据信号的设计，实现了数据和时钟信号的分离。
相关技术中终端外设的设计方案中存在信号干扰、信号延迟以及功耗较大等问题
要解决第1个问题(即模拟信号容易受干扰)，可以采用数字方式进行信号传输。
要解决第2个问题(终端里USB与I2S信号间的打包解包、TYPE C耳机里USB与I2S信号间的打包解包，比较耗功耗)，所采取的方案功耗一定要相对较低，最好不要使用USB转接桥方式，使用时可以使AP应用处理器处于睡眠状态。
要解决第3个问题，移动通话时延问题，所采用的方案移动通信网络下的通话时延一定要满足通信规范要求，即通话时延要小。
因此，要解决相关技术中存在的上述问题，采用的方案一定要具有以下特征：数字方式、功耗低、通话时延满足要求。
研究UAC协议后发现，UAC耳机之所以有延迟，功耗比较大，是因为UAC架构采用的是USB-I2S桥的方式，音频信号传输采用I2S OVER USB技术，音频信号流走的是USB物理通道。
I2S OVER USB技术要求I2S格式数据到USB格式数据的打包解包这个环节。而这个环节会造成信号延迟和功耗增加，并且USB通道功耗比较大，基于此，本申请实施例采用的技术方案中省去了I2S数据到USB数据的打包解包过程，并且通过USB数据信道进行信号传输，裸奔穿过USB Type-C。
在UAC协议出现之前，USB接口只有两根数据总线，而I2S有四根数据总线，I2S穿不过传统的USB接口。所以必须用I2S Over USB这个分拆打包技术来使I2S数据穿越传统USB接口。而USB Type-C接口的出现使得传输音频数据的总线数目不只有两根了，而是大于4根。
并且，由于I2S是一种低功耗总线，低功耗是基本属性，所以低功耗也是I2S NakedOver USB Type-C构架的基本特征。
由于I2S是纯数字的，而主机和音频外设之间的音频信号是用I2S来传递的，所以I2S Naked Over USB Type-C构架信号传递也是纯数字的。纯数字也是I2S Naked OverUSB Type-C构架的基本特征。
由I2S本身是移动通讯平台里常用的一种数字音频总线，被用来在主机内部基带处理器与音频CODEC间，传递通话音频数据，通话时延低，所以I2S Naked Over USB Type-C构架也是一种低时延的架构。
总之，I2S Naked Over USB Type-C构架具有解决UAC耳机和模数混合USB Type-C耳机的问题的一系列特征：1)纯数字，抗干扰能力强；2)功耗低，续航能力强；3)延迟小、移动通话满足通讯规范要求。
基于上述思想，本申请实施例提供了相应的解决方案，即将I2S从主机系统架构中引出，并穿越USB Type-C接口，连接耳机等音频外设。用这个低功耗音频总线，在主机和外设之间，传递数字音频信号。需要说明的是，本申请实施例中所提供的上述架构不仅适用于音频信号的传输，还可以适用于终端和终端外设之间其它需要交互的信号类型的传输。
以下结合具体实施例详细说明。
实施例1
本实施例提供一种I2S直连(Naked Over)USB Type-C接口的系统，如图2所示，该系统包括：主机(又称为终端或计算机设备)、终端外设、及主机跟外设间的I2S总线通道构成。
其中，主机，包括CC控制器模块、电源管理模块、正反插信道切换模块、USB Type-CReceptacle、CPU系统模块和主机CODEC模块。可选地，
1)CC控制器模块，通过CC总线用来完成主机正反插连接状态识别。还可通过CC总线，与外设侧的USB Type-C Cable Controller模块间，进行信号握手交互，用来完成外设标签的获取和外设CODEC模块的初始化。此时，要求CC控制器必须支持USB PD协议，使其能通过CC总线，读外设的USB Type-C Cable Controller模块中的EMCA(ElectronicallyMarked Cable Assembly电子标记电缆组件)外设电子标签。
2)电源管理模块，负责主机电源管理，必须支持USB OTG功能，具有给外设供电的能力。
3)正反插信道切换模块，能将主机CODEC模块送出的I2S物理信号线路由到USBType-C Receptacle相应管脚上。
4)USB Type-C Receptacle，主机与外设间的物理连接接口，完成与外设的USBType-C Plug进行物理连接的功能。
5)CPU系统模块，包括应用处理器、基带处理器、存储器、射频收发等硬件系统平台芯片，除完成与移动网络基站间的信号收发转换等功能外，还负责完成主机I2S裸奔信道的建立控制及信号交互。
6)主机CODEC模块，包括音频CODEC，ADSP,SPEAKER、RECEIVER,音频放大器等。与正反插信道切换模块间用I2S总线进行信号交互。
外设侧部分，USB Controller模块、USB Type-C Cable Controller模块、外设CODEC模块、外设供电模块、USB Type-C Plug。
主机跟外设间的交互信号：USB2.0总线、I2S总线、通道配置CC总线、供电线、共地线。
具体地：
1)USB Device Controller模块，具有标识外设基本信息的功能，这些信息包括：这是一个I2S总线穿越USB Type-C的外设；I2S穿越USB Type-C的通道和管脚定义；USBDevice设备号和产品序列号。
该模块还可用于与主机侧的CPU系统模块间，进行信号握手交互，完成外设标识信息的上报；接外设CODEC模块的设置总线时，完成外设CODEC模块的初始化和寄存器设置。
2)USB Type-C Cable Controller模块，具有标识外设基本信息的功能，这些信息包括：这是一个I2S总线穿越USB Type-C的外设；I2S穿越USB Type-C的通道和管脚定义；外设为一种特殊的EMCA电子标记电缆。
还可用来与主机侧的CC控制器模块间，进行信号握手交互，完成外设标识信息的上报；接外设CODEC模块的设置总线时，完成外设CODEC模块的初始化和寄存器设置。
3)外设CODEC模块，包括音频CODEC、麦克DAC、音频DAC、音频放大器、HID(HumanInterface Device人机交互器件)、SPEAKER、麦克风等，与用USB Type-C Plug间用I2S总线传递数字音频信号。
4)外设供电模块，从USB Type-C Plug VBUS或VCONN管脚获取电源，转换成外设侧各模块所需的电压，并进行上电顺序的管理。
USB Type-C Plug，外设与主机间的物理连接接口，完成与
主机的USB Type-C Receptacle进行插拔的功能。
主机跟外设间的交互信号之I2S信道
I2S如何穿越USB Type C接口？如图2所示，图2中x1、x2、x3、x4表示外设侧I2S的四根信号线；X1、X2、X3、X4表示主机侧I2S的四根信号线；I2S的四根信号线是：串行位时钟SCLK、帧时钟LRCK、串行出数据SDATA_O、串行入数据SDATA_I。要使I2S穿过USB Type-C接口，即是将I2S的四根信号x1,x2,x3,x4从外设侧USB Type-C Plug的B6,B7,A8,B8管脚穿过USB Type-C接口和正反插信道切换模块，送到主机侧的X1,X2,X3,X4。I2S信道建立电路原理参见图3a、图3b、图4a和图4b所示。如图3a所示，X1、X2、X3、X4表示主机侧I2S的四根信号线正向插时，三个开关SW0、SW1和SW2同时上掷，x1，x2，x3，x4表示外设侧I2S的四根信号线，需要说明的是，正反插信道切换模块由三个双路单刀双掷开关MUX0、MUX1、MUX2构成，双路单刀双掷开关带开关控制信号SW和通道通断使能信号EN。正插时插头和插座的对应关系如图3b所示。如图4a所示，X1、X2、X3、X4表示主机侧I2S的四根信号线反向插时，三个开关SW0、SW1和SW2同时下掷，x1，x2，x3，x4表示外设侧I2S的四根信号线。
USB Type-C接口支持正反插，正向插和反向插的监测，由CC控制器完成，报告给CPU系统模块；正反插信道切换的指令由CPU系统模块下达，通过控制3根开关控制线SW0，SW1，SW2同时上掷或下掷来执行。
主机跟外设间的交互信号之通道配置CC总线
CC总线用来完成主机正反插连接状态识别。当用USB Type-C Cable Controller作为设备控制器时，还用CC线作为主机与外设间的交互总线，来完成设备标识和音频模块的控制设置等
主机正反插连接状态识别和CC行为，参见图5a和图5b所示。图5a和图5b摘自USBType-C Cable and Connector Specification Release 1.2/March 25，2016。为定义CC的行为，引入两个电阻Rp、Rd；实际设备中可能会有变化，如Rp可用电流源取代；初始情况下，DFP CC端有Rp上拉，UFP CC端有Rd下拉；Power Cable的Vconn脚有Ra下拉(有些情况为纯电阻，有些情况为负载)；DFP需有能力识别Rd、Ra，即DFP通过识别Rd、Ra，判别UFP的连接或Power Cable及CC方向；UFP通过Sence两个CC Pin的电压(超过OV为CC)，判别插入方向。
主机跟外设间的交互信号之USB2.0数据线：当用USB Device Controller作为设备控制器时，用USB2.0的D+/D-数据线作为主机与外设间的交互总线，来完成设备标识和音频模块的控制设置等。
主机跟外设间的交互信号之供电线和接地线：完成主机给外设间的电源传输，并提供USB、I2S、CC总线的信号镜像回路。
表1为USB Type-C主机状态识别表，《USB Type-C主机连接状态识别表》，描述了主机通过感知两个CC管脚的电阻，判别是否有UFP或Power Cable连接，并判别正反插、DebugAccessory Mode connected或Audio Adapter Accessory Mode connected。其中，DFP是Downstream Facing Port的缩写，表示下行端口，这里可理解为主机CC控制器，UFP是Upstream Facing Port的缩写，表示上行端口，这里可理解为外设侧设备控制模块。
表1
主机跟外设间的交互流程：
主机与外设间的交互，可通过两种方式进行，CC总线交互方式和USB总线交互方式。
CC总线交互方式时，外设侧USB Type-C Cable Controller作为设备控制器，对外连接CC总线，对内通过控制总线I2C或SPI、GPIO等，控制外设CODEC模块。具体流程参见图6所示。
USB总线交互方式流程，外设侧USB Device Controller作为设备控制器，对外连接USB Type-C Plug的USB D+/D-总线，对内接外设CODEC模块的控制总线I2C或SPI、GPIO等。具体流程参见图7所示。
基于本实施例提供的上述技术方案，采用I2S Naked Over USB Type-C构架可以解决UAC耳机和模数混合USB Type-C耳机的存在的抗干扰能力差、功耗较高、延迟较大等问题：由于可以采用纯数字信号传输，因此抗干扰能力强；由于I2S总线是一种低功耗总线，因此续航能力强；并且，是移动通讯平台里常用的一种数字音频总线，被用来在主机内部基带处理器与音频CODEC间，传递通话音频数据，通话时延低延迟小，满足移动通话要求。
实施例2
基于实施例1所示架构，本实施例提供一种终端，该终端通过I2S总线通道与其连接的终端外设连接，如图8所示，终端80包括：
第一音频模块802，通过IC间音频I2S总线通道与终端中的通用串行总线USB插座连接，用于将待发送信号发送至上述USB插座。可选地，第一音频模块802可以为终端中的音频CODEC、MIC DAC、耳机DAC、耳机放大器、耳机线控识别电路和编码器等。
USB插座804，用于提供上述终端与终端外设之间的物理连接接口。
在一个可选实施例中，上述USB插座为USB Type-C插座，此时，如图9所示，上述终端还包括正反插信道切换模块806，设置在I2S总线上，通过上述I2S总线分别与上述第一音频模块和上述USB插座连接。
可选地，如图9所示，上述终端还可以包括：通道配置(Configuration Channel，简称为CC)控制器808，用于识别上述终端外设接入上述终端时的正反插连接状态；并将上述正反插连接状态通知给用于与网络侧进行信息交互的系统模块810；
上述系统模块810，分别与上述第一音频模块802和上述正反插信道切换模块806连接，用于依据上述正反插连接状态控制上述正反插信道切换模块106建立上述I2S总线通道。可选地，系统模块810可以包括但不限于应用处理器、基带处理器、存储器、射频收发等硬件系统平台芯片，除完成与移动网络基站间的信号收发转换等功能外，还负责完成主机I2S裸奔信道的建立控制及信号交互。
可选地，上述I2S总线通道中的I2S总线穿过上述正反插信道切换模块与USBType-C插座中的B6、B7、A8、B8引脚连接；其中，上述I2S总线包括以下信号线：串行位时钟SCLK、帧时钟LRCK、串行出数据SDATA_O和串行入数据SDATA_I。
需要说明的是，本实施例中的优选实施方式可以参见实施例1中的相关描述，此处不再赘述。
实施例3
本实施例还提供一种终端外设，如图10所示，该终端外设10包括：
第二音频模块102，通过IC间音频I2S总线通道与终端外设中的通用串行总线USB插头连接，用于与上述USB插头通过上述I2S总线通道进行信号传输；
上述USB插头104，用于与上述终端外设所接入终端的USB插座连接。
可选地，上述USB插头104为USB Type-C插头。此时，如图11所示，上述终端外设10还可以包括：
设备控制模块106，与上述USB Type-C插头104连接，用于维护上述终端外设的描述信息，其中，该描述信息包括以下至少之一：用于标识上述终端外设为支持上述第二音频模块通过I2S总线通道与USB Type-C插头连接的标识信息；上述I2S总线通道中I2S总线与上述USB Type-C插头的引脚之间的映射关系。
可选地，上述设备控制模块106，还用于通过I2C总线与上述第二音频模块连接，用于对上述第二音频模块进行初始化配置。
可选地，上述设备控制模块106，还用于控制上述第二音频模块建立上述I2S总线通道，并向上述终端发送第一通知信息，该第一通知信息用于通知上述终端以下信息：上述终端外设已经建立I2S总线通道。
可选地，上述设备控制模块106，还用于接收上述终端发送的第二通知信息，该第二通知信息用于通知上述终端外设以下信息：上述终端已经建立上述I2S总线通道。
可选地，I2S总线通道中的I2S与上述USB Type-C插头的B6、B7、A8和B8引脚连接；或者上述I2S与上述USB Type-C插头的A6、A7、A8和B8引脚连接；或者上述I2S与上述USBType-C插头的A6、A7、B6和B7引脚连接；其中，上述I2S包括以下信号线：串行位时钟SCLK、帧时钟LRCK、串行出数据SDATA_O和串行入数据SDATA_I。
在一个可选实施例中，如图11所示，上述终端外设还可以包括：开关模块108，用于在上述终端为支持第一工作模式时导通上述I2S总线通道，以及在上述终端支持第二工作模式时关闭上述I2S总线通道并开启上述第二音频模块和上述USB插头之间的USB通道，该USB通道中包括USB转I2S桥电路；其中，在上述第一工作模式下，上述终端中的第一音频模块通过上述I2S总线通道与USB插座连接；在上述第二工作模式下，上述第一音频模块通过上述USB通道与上述USB插座连接。
以耳机为例，针对终端的不同工作模式，相应地，终端外设也可以分为单模数字耳机和双模数字耳机，以下对这两种耳机详细说明。根据外设侧的设备控制器和控制总线不同，提供两个I2S穿越USB Type-C接口的实施方案，一种利用USB Type-C CableController连作为设备控制器，设计出一种I2S穿越USB Type-C接口单模数字耳机，一种是利用USB Device Controller作为设备控制器，提供一种I2S穿越USB Type-C接口的双模数字耳机。
一、单模数字耳机
I2S穿越USB Type-C接口单模数字音频设备是基于I2S Naked Over USB Type-C构架的一种音频外设。这里以耳机外设为例进行说明，即一种I2S穿越USB Type-C接口耳机，简称I2S USBC耳机。
该I2S USBC耳机具有以下特征
跟主机间通过I2S传递音频信号；
跟主机间通过CC总线传递控制信号
跟主机间通过CC总线传递耳机线控按键操作信息(音量加减、接通挂断、暂停、快进等功能)；
I2S的数据线使用USB Type-C Plug的B6/B7/A8/B8管脚。
该I2S USBC耳机的实现框图参见图12，如图12所示：
该I2S USBC耳机架构由耳机、主机、及主机跟耳机间的交互信号构成。将I2S直接穿越USB Type-C接口，传递音频信号。控制信号和数据信号走CC总线。
耳机侧部分，包括设备控制模块、耳机CODEC模块、耳机供电模块、耳机USB Type-CPlug、耳机本体。
主机侧部分，除包括CPU系统模块和主机CODEC模块外，还必须包括CC控制器模块、电源管理模块、正发插信道切换模块、USB Receptacle。
主机跟耳机间的交互信号：I2S总线，CC总线，供电线，共地线。
该I2S USBC耳机各模块功能：
1)设备控制模块：
设备控制器模块使用USB Type C Cable Controller形式,设备标识为一种特殊的EMCA电子标记电缆。具有标识I2S USBC耳机基本信息的功能，这些信息包括：这是一个I2S总线USB Type-C接口的耳机；I2S定义在了B6/B7/A8/B8管脚。与主机侧的CC控制器模块间，用CC单总线进行通讯，完成耳机标识信息的上报。与耳机Audio模块间，用I2C总线作为初始化总线进行通讯，完成耳机CODEC模块的初始化。与主机侧的CC控制器模块间，通过VCONN进行供电。
EMCA即Electronically Marked Cable Assembly电子标记电缆组件,EMCA是USBPD的一部分。EMCA遵循USB PD协议中<SOP’/SOP”Communication with Cable Plugs>规定。USB PD是BMC编码(Bi-phase Mark Code双相位符号编码)的信号,而之前的USB是FSK(Frequency-shift Keying频移键控)；USB PD是在CC pin上传输，USB PD有个VDM(VendorDefined Messages用户自定义消息)功能，定义了装置端ID,可用来定义耳机标签；也可定义耳机CODEC模块的寄存器映射表。主机设置耳机CODEC模块的寄存器时，可通过这个寄存器映射表来完成。
2)耳机CODEC模块：
包括音频CODEC、MIC DAC、耳机DAC、耳机放大器、耳机线控识别和编码等，具有I2C接口，具有I2S接口，I2S接口直接连USB Type-C Plug的B6/B7/A8/B8管脚。
3)耳机供电模块：
从USB Type-C Plug的VBUS获取电源，转换成耳机侧各模块所需的电压，并进行上电顺序的管理。
4)耳机本体：
包括耳机喇叭、MIC、线控按键、耳机线缆等，即传统3.5mm耳机除了插头外所有部分。
该I2S USBC耳机的使用流程：
该I2S USBC耳机与主机间的交互流程参见图13所示。
该I2S USBC耳机的技术效果是：
1)该I2S USBC耳机方案功耗低，信号传输使用的是I2S低功耗数字音频总线；相对UAC方案，更省掉了I2S转USB、USB转I2S、USB工作时AP不能睡眠的功耗浪费。
2)该I2S USBC耳机方案成本低。耳机侧不需要USB-I2S桥转换芯片；相对模数混合耳机来讲，后级电路无需加双路耳机切换开关芯片；相对通道时分复用的模数混合耳机来讲，更进一步省掉了USB口的前级USB和耳机信号切换开关。
3)该I2S USBC耳机HIFI性能更有保障。首先，该方案是纯数字的，数字信号不容易受干扰；其次，相对模数混合耳机来讲，后级电路无需加双路耳机切换开关，避免了开关造成的音频信号插损。相对通道时分复用的模数混合耳机来讲，跟进一步省掉了USB和耳机信号切换开关，更进一步避免了开关造成的音频信号插损。
4)该I2S USBC耳机方案能完全满足移动通话时延要求。音频通路完全跟传统手机一样，自然通话时延也跟传统手机一样。
5)该耳机I2S USBC耳机方案，软件上沿用了传统的音频架构，开发耳机难度相对更低，耳机完全数字化进程更提前，产品更容易抢占市场先机。UAC架构下的完全满足移动通话时延要求的数字耳机设计，需等待UAC标准改进，等待主机硬件平台和软件架构优化，假以时日才能实现。
二、双模数字耳机
以外设侧的USB Device Controller作为设备控制模块，对外以USB D+/D-总线为交互总线接USB Type-C Plug，对内通过控制总线I2C或SPI、GPIO等，接外设CODEC模块，作为另一个方案实施例，可设计出一款I2S穿越USB Type-C接口的另一种I2S Naked OverUSB Type-C接口的数字音频外设架构。而某些USB Device Controller本身有U2S-I2S桥功能，所以很容易设计出一种音频外设，既支持I2S Naked Over USB Type-C接口架构，又支持UAC功能。这里仍以耳机外设为例进行说明，即一种双模数字耳机，模1：I2S Naked OverUSB Type-C架构；模2，基于I2S Over USB技术的UAC架构。为叙述简洁，下文有时简称为I2S&UAC双模耳机。
该I2S&UAC双模耳机具有以下特征：具有UAC数字耳机功能；具有I2S USBC数字耳机功能；该耳机具有两种工作模式：UAC模式和I2S USBC模式，I2S USBC模式具有优先权。
UAC模式时,跟主机间通过USB总线传递控制信号、音频信号、数据信号。
I2S USBC模式时，跟主机间通过I2S总线传递音频信号，通过USB D+/D-总线传递控制信号和人机交互信号(耳机为线控键的音量加减、通话、暂停等)。
I2S的数据线使用USB Type-C Plug的B6/B7/A8/B8管脚。
设备标签通过USB Device标签方式来实现。
该I2S&UAC双模耳机的实现架构参见图14。耳机电路原理参见图15。如图14和图15所示：
该I2S&UAC双模耳机架构由耳机、主机、及主机跟耳机间的交互信号通道构成。耳机具有两种工作模式，工作模式1即I2S USBC模式：将I2S直接穿越USB Type-C接口来传递音频信号；工作模式2即UAC模式，将I2S打包成USB数据格式(I2S Over USB)来传递音频信号。控制信号和数据信号都走USB D+/D-总线。
耳机侧部分，包括设备控制模块、耳机CODEC模块、耳机供电模块、耳机USB Type-CPlug、Rd接地电阻、耳机本体。
主机侧部分，除包括CPU系统模块和主机CODEC模块外，还必须包括CC控制器模块、电源管理模块、正发插信道切换模块、USB Receptacle。
主机跟耳机间的交互信号：USB总线、I2S总线，CC总线，供电线，共地线。此实施例中，设x1/X1＝I2S2_SCLK；x2/X2＝I2S2_LRCK；x3/X3＝I2S2_SDATA_O；x4/X4＝I2S2_SDATA_I,注意I2S的SDATA_O和SDATA_I在Master芯片和Slave芯片间管脚要交叉连接。
该I2S&UAC双模耳机各模块功能：
1)设备控制模块：
具有标识I2S&UAC耳机基本信息的功能，这些信息包括：这是一个I2S&UAC双模耳机，支持I2S USBC耳机模式和UAC模式；I2S总线定义在了USB Type-C的B6/B7/A8/B8管脚。与主机侧的CPU系统模块间，用USB D+/D-总线进行通讯，完成耳机标识信息的上报，并完成耳机CODEC模块的初始化。与耳机CODEC模块之间，用一个I2S总线传音频上下行数据，用I2C总线传输控制和状态数据，用SPI总线传输耳机CODEC模块的固件数据。还完成I2S USBC耳机模式与UAC模式的模式切换功能。
2)耳机本体：
包括耳机喇叭、MIC、线控按键、耳机线缆等，即传统3.5mm耳机除了插头外所有部分。
3)耳机供电模块：
从USB Type-C Plug的VBUS获取电源，转换成耳机侧各模块所需的电压，并进行上电顺序的管理。
4)Rd接地电阻：标识这是一个USB Device设备，主机侧的CC总线通过检测这个接地电阻，完成耳机USB Device插入识别。
5)耳机CODEC模块：
包括音频I2S HUB、CODEC、MIC DAC、耳机DAC、耳机放大器、耳机线控识别和编码等，具有I2C接口，具有双I2S接口，一个I2S接口直接连USB Type-C Plug的B6/B7/A8/B8管脚，另一个I2S接口接设备控制器(带USB-I2S桥)的I2S接口。
耳机CODEC模块框图可参见图16所示。图16中I2S Hub在本实施例中可以采用低功耗FPGA来实现，当然也可用Audio DSP来实现。I2S2通道必须有I2S通断模块，上电时默认导通或断开。因为一般的主机USB Type-C插座端口A6和B6短接，A7和B7短接，双模耳机插入一般主机时，耳机侧的USB Type-C插头端口的A6和B6，A7和B7管脚会被从主机侧短接起来。
该I2S&UAC双模耳机的使用流程：
当主机是满足I2S Naked Over USB Type-C架构时，耳机工作在模式1，即I2SUSBC模式。双模耳机在I2S USBC模式的工作流程参见图17。
当主机不满足I2S Naked Over USB Type-C架构而只满足UAC架构时，耳机工作在UAC模式。此时双模耳机的UAC模式的工作流程参见图18。
该I2S&UAC双模耳机的技术效果：
1)该I2S&UAC双模耳机通用性好，主机满足I2S Naked Over USB Type-C架构时用I2S USBC模式，主机只满足UAC架构时，用UAC模式。
2)该I2S&UAC双模耳机方案使用I2S USBC模式时功耗低，音频信号传输使用的是I2S低功耗数字音频总线；相对UAC方案，更省掉了I2S转USB、USB转I2S、USB工作时AP不能睡眠的功耗浪费。
3)该I2S&UAC双模耳机方案成本低。相对模数混合耳机来讲，后级电路无需加双路耳机切换开关芯片；相对通道时分复用的模数混合耳机来讲，更进一步省掉了USB口的前级USB和耳机信号切换开关。
4)该I2S&UAC双模耳机HIFI性能更有保障。首先，该方案是纯数字的，数字信号不容易受干扰；其次，相对模数混合耳机来讲，后级电路无需加双路耳机切换开关，避免了开关造成的音频信号插损。相对通道时分复用的模数混合耳机来讲，跟进一步省掉了USB和耳机信号切换开关，更进一步避免了开关造成的音频信号插损。
5)该I2S&UAC双模耳机方案使用I2S USBC模式时能完全满足移动通话时延要求。音频通路完全跟传统手机一样，自然通话时延也跟传统手机一样，满足通话时延要求。
6)该耳机I2S&UAC双模耳机方案，软件上沿用了传统的音频架构，开发耳机难度相对更低，耳机完全数字化进程更提前，产品更容易抢占市场先机。纯UAC架构下的完全满足移动通话时延要求的数字耳机设计，需等待UAC标准改进，等待主机硬件平台和软件架构优化，假以时日才能实现。
需要说明的是，本实施例中的优选实施方式可以参见实施例1中的相关描述，此处不再赘述。
实施例4
本实施例提供一种信号发送方法，图19为根据本发明实施例的一种信号发送方法的流程图。如图19所示，该方法包括
步骤S1902，终端通过IC间音频I2S总线通道将待发送信号发送至上述终端中的USB插座；可选地，上述USB插座为USB Type-C插座。
步骤S1904，终端经由该USB插座将上述待发送信号发送至终端外设。
需要说明的是，本实施例中的优选实施方式可以参见实施例1至3中的相关描述，此处不再赘述。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
实施例5
本实施例提供一种信号接收方法，如图20所示，该方法包括：
步骤S2002，终端外设通过该终端外设的通用数据总线USB插头接收来自终端的信号；可选地，USB插头为USB Type-C插头。
步骤S2004，通过I2S总线通道将信号发送至终端外设中的第二音频模块。
在一个可选实施例中，在通过I2S总线通道将信号发送至终端外设中的第二音频模块之前，终端外设确定终端的工作模式；在工作模式为第一工作模式时，导通I2S总线通道，以及在终端支持第二工作模式时关闭I2S总线通道并开启第二音频模块和USB插头之间的USB通道，该USB通道中包括USB转I2S桥电路；其中，在第一工作模式下，终端中的第一音频模块通过I2S总线通道与USB插座连接；在第二工作模式下，第一音频模块通过USB通道与USB插座连接。
需要说明的是，本实施例中的优选实施方式可以参见实施例1至3中的相关描述，此处不再赘述。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (19)

1.一种终端，其特征在于，包括：
第一音频模块，通过集成电路IC间音频I2S总线通道与终端中的通用串行总线USB插座连接，用于将待发送信号发送至所述USB插座；
所述USB插座，用于提供所述终端与终端外设之间的物理连接接口。
2.根据权利要求1所述的终端，其特征在于，所述USB插座为USB Type-C插座。
3.根据权利要求1所述的终端，其特征在于，所述终端还包括：正反插信道切换模块，设置在所述I2S总线上，并通过所述I2S总线分别与所述第一音频模块和所述USB插座连接。
4.根据权利要求3所述的终端，其特征在于，所述终端还包括：
系统模块，分别与所述第一音频模块和所述正反插信道切换模块连接，用于依据所述终端外设接入终端时的正反插连接状态控制所述正反插信道切换模块建立所述I2S总线通道。
5.根据权利要求2所述的终端，其特征在于，所述I2S总线通道中的I2S总线穿过正反插信道切换模块与USB Type-C插座中的B6、B7、A8、B8引脚连接。
6.一种终端外设，其特征在于，包括：
第二音频模块，通过IC间音频I2S总线通道与终端外设中的通用串行总线USB插头连接，用于与所述USB插头通过所述I2S总线通道进行信号传输；
所述USB插头，用于与所述终端外设所接入终端的USB插座连接。
7.根据权利要求6所述的终端外设，其特征在于，所述USB插头为USB Type-C插头。
8.根据权利要求7所述的终端外设，其特征在于，所述终端外设还包括：
设备控制模块，与所述USB Type-C插头连接，用于维护所述终端外设的描述信息，其中，该描述信息包括以下至少之一：用于标识所述终端外设为支持所述第二音频模块通过I2S总线通道与USB Type-C插头连接的标识信息；所述I2S总线通道中I2S总线与所述USBType-C插头的引脚之间的映射关系。
9.根据权利要求8所述的终端外设，其特征在于，所述设备控制模块，还用于通过I2C总线与所述第二音频模块连接，用于对所述第二音频模块进行初始化配置。
10.根据权利要求8所述的终端外设，其特征在于，所述设备控制模块，还用于控制所述第二音频模块建立所述I2S总线通道，并向所述终端发送第一通知信息，该第一通知信息用于通知所述终端以下信息：所述终端外设已经建立I2S总线通道。
11.根据权利要求10所述的终端外设，其特征在于，所述设备控制模块，还用于接收所述终端发送的第二通知信息，该第二通知信息用于通知所述终端外设以下信息：所述终端已经建立所述I2S总线通道。
12.根据权利要求7所述的终端外设，其特征在于，I2S总线通道中的I2S与所述USBType-C插头的B6、B7、A8和B8引脚连接；或者所述I2S与所述USB Type-C插头的A6、A7、A8和B8引脚连接；或者所述I2S与所述USB Type-C插头的A6、A7、B6和B7引脚连接；
其中，所述I2S包括以下信号线：串行位时钟SCLK、帧时钟LRCK、串行出数据SDATA_O和串行入数据SDATA_I。
13.根据权利要求7至12中任一项所述的终端外设，其特征在于，所述终端外设还包括：
开关模块，用于在所述终端为支持第一工作模式时导通所述I2S总线通道，以及在所述终端支持第二工作模式时关闭所述I2S总线通道并开启所述第二音频模块和所述USB插头之间的USB通道，该USB通道中包括USB转I2S桥电路；其中，在所述第一工作模式下，所述终端中的第一音频模块通过所述I2S总线通道与USB插座连接；在所述第二工作模式下，所述第一音频模块通过所述USB通道与所述USB插座连接。
14.一种信号传输系统，其特征在于包括：权利要求1至5中任一项所述的终端，以及权利要求6至13中任一项所述的终端外设。
15.一种信号发送方法，其特征在于，包括：
终端通过IC间音频I2S总线通道将待发送信号发送至所述终端中的USB插座，并经由该USB插座将所述待发送信号发送至终端外设。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述USB插座为USB Type-C插座。
17.一种信号接收方法，其特征在于，包括：
终端外设通过该终端外设的通用数据总线USB插头接收来自终端的信号，并通过IC间音频I2S总线通道将所述信号发送至所述终端外设中的第二音频模块。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述USB插头为USB Type-C插头。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，通过I2S总线通道将所述信号发送至所述终端外设中的第二音频模块之前，所述方法还包括：
所述终端外设确定所述终端的工作模式；
在所述工作模式为第一工作模式时，导通所述I2S总线通道，以及在所述终端支持第二工作模式时关闭所述I2S总线通道并开启所述第二音频模块和所述USB插头之间的USB通道，该USB通道中包括USB转I2S桥电路；其中，在所述第一工作模式下，所述终端中的第一音频模块通过所述I2S总线通道与USB插座连接；在所述第二工作模式下，所述第一音频模块通过所述USB通道与所述USB插座连接。
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