CN109698997B - 用于附件和阻抗检测的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本文所描述的是用于可靠性地检测连接至外部电气设备或连接器的附件和其他部件存在或不存在的系统和方法。低成本检测电路可靠地区分受损连接器与实际设备的存在，从而防止错误的检测场景。在各实施例中，所述检测电路通过使用过零检测器和/或数字信号来完成此区分，所述过零检测器和/或所述数字信号用作阻抗的度量以在识别时间段内检测所述外部设备的存在。

Description

用于附件和阻抗检测的系统和方法
发明人：
Sang Hoon Kim
Giuseppe Patti
相关专利申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C.§119(e)要求于2017年10月23日提交的题目为“用于附件和阻抗检测的系统和方法(Systems and Methods for Accessory and ImpedanceDetection)”的列为发明人Sang Hoon Kim和Giuseppe Patti的共同未决的且共同受让的美国专利申请号62/575,982的优先权益，所述申请通过引用将其全部内容结合在此。本专利文件中提及的每个参考文献通过引用以其全部内容结合在此并用于所有目的。
发明背景
A.技术领域
本公开涉及电子检测电路。更具体地，本公开涉及用于可靠地检测连接至设备的附件和其他部件的存在或不存在的系统和方法。
B.背景技术
众多消费电子设备(诸如，某些智能电话)利用阻抗检测电路系统来检测对应设备(诸如，头戴式耳机附件)是否附接至电子设备或已经从所述电子设备移除。相对较低的测量阻抗(即，相当于短路状态)例如在设备之间的公共通信接口处用作指示对应设备或附件存在的指示器，反之，相对较高的阻抗(即，相当于开路状态)用于得出附件不存在的结论。
在现有设计中，常常地，单个预定义阻抗值用作确定被认为是高阻抗和低阻抗的决策点。然而，如果例如通过使水侵入连接器而污染连接器，则这可以使待测量的阻抗水平显著降低。因此，相对较低的阻抗然后可以当事实上已经移除附件时被错误地解释为设备或附件存在。换言之，由水分引起的足够低阻抗读数有可能导致关于附接状态的错误结论。
目前，不存在可以可靠地区分受污染连接器与实际设备的存在以便防止错误检测场景的简单、低成本的系统或方法。除了监测音频触点(例如，附加的左音频触点)之外，一些方法还使用接地检测电路来监测接地触点。然而，监测额外的接地触点涉及到增加的复杂性和额外付费的空间需求，尤其是在便携式设备中。
此外，这种设计经常需要非传统的连接器，例如由于附加的工具需求等而不必要地增加总成本。然而，当水分收集到连接器内部时，这仍然导致额外的接地触点和音频触点两者电气地表现为到地的低阻抗路径，使得在这些场景中不能防止错误的读数。
因此，所需要的是克服现有设计的缺点并且提供可靠替代方案的系统和方法。
附图说明
将参考本发明的实施例，附图中展示了这些实施例的示例。这些数字旨在为说明性的，并非限制性的。尽管通常在这些实施例的上下文中描述了本发明，但应理解的是，并不旨在将本发明的范围限制于这些具体实施例。图中的项并非成比例。
附图(“图”)1展示了根据本文件的实施例的示例性检测电路。
图2展示了根据本文件的实施例的示例性检测系统。
图3是展示了作为由图1示出的检测电路使用的决策树的流程图。
图4是根据本公开的实施例展示检测电路处的电压波形的曲线图。
图5是根据本公开的实施例展示了用于可靠地检测附件存在的过程的流程图。
具体实施方式
在以下描述中，为了解释的目的，阐述了具体细节以便提供对本发明的理解。然而将明显的是，本领域的技术人员可以在不具有这些细节的情况下实践本发明。此外，本领域的技术人员将认识到，以下所描述的本发明的实施例可以在有形计算机可读介质上以各种方式实施，诸如过程、装置、系统、设备或方法。
在图中示出的部件或模块展示了本发明的示例性实施例并且旨在避免混淆本发明。还应理解的是，贯穿本讨论，部件可以被描述为可以包括子单元的单独的功能单元，但是本领域技术人员将认识到的是，各种部件或其部分可以被分成单独的部件或者可以被集成在一起，包括集成在单个系统或部件中。应注意的是，本文所讨论的功能或操作可以被实施为部件。部件可以在软件、硬件、或其组合中实施。
此外，在图内的部件或系统之间的连接不旨在局限于直接连接。然而，在这些部件之间的数据可以被中间部件修改、重新格式化或以其他方式改变。而且，可以使用附加的或更少的连接。还应注意的是，术语“耦合(coupled)”、“连接(connected)”或“通信地耦合(communicatively coupled)”应被理解为包括直接连接、通过一个或多个中间设备的间接连接、以及无线连接。
在本说明书中，对“一个实施例(one embodiment)”、“优选实施例(preferredembodiment)”、“实施例(an embodiment)”、或“多个实施例(embodiments)”的引用意味着，结合所述实施例所描述的具体特征、结构、特性或功能被包含在本发明的至少一个实施例中并且可以在不止一个实施例中。而且，在本说明书的不同地方出现的上述短语不一定都是指同一个实施例或多个实施例。
在本说明书中的不同地方使用的某些术语是用于说明并且不应被理解为限制。服务、功能或资源不限于单个服务、功能或资源；对这些术语的使用可以指可以是分散的或聚集的一组相关服务、功能或资源。
术语“包括(include)”、“包括(including)”、包括(comprise)、和“包括(comprising)”应被理解为是开放性术语并且以下任何列表是示例并不旨在限于所列出的项。在此所使用的任何标题仅是用于组织目的并且不应用于限制说明书或权利要求书的范围。在本专利文件中所提及的每个参考文献通过引用以其全部内容结合在此。
此外，本领域的技术人员应认识到的是：(1)可以可选地执行某些步骤；(2)步骤可以不限于本文阐述的特定顺序；(3)可以按不同的顺序执行这些步骤；以及(4)可以同时完成某些步骤。
此外，应注意的是，本文所描述的实施例在耦合至利用模拟音频信号的检测电路的音频连接器的上下文中给出，但本领域的技术人员应认识到本公开的教导不限于这些应用并且可以被平等地实施到与音频连接器和音频信号无关的其他内容中。例如，根据本发明的检测电路可以检测任何其他类型的设备(例如，TRRS头戴装置)的存在。
在本文件中，术语“插座(socket)”和“插塞(plug)”可互换地使用。类似地，术语“插头(jack)”和“连接器(connector)”可互换地使用。
图1展示了根据本文件的实施例的示例性检测电路。如在图1中所描绘的，检测电路100包括：过零检测器110、电流源122、ADC 124、逻辑控制电路126、和保护电路系统140。检测电路100可以例如在便携式设备中实施。
过零检测器110可以是本领域已知的任何过零检测器，诸如指示例如电压信号是否已经越过某一电压水平的可编程滞后检测器或(模拟)比较器。在实施例中，过零检测器110可以耦合至电流源122和ADC 124两者。
逻辑控制电路126可以耦合至系统100内的任何部件。应注意的是，在图1中所展示的逻辑控制电路不限于在此示出的或在附随文本中所描述的实施细节，例如，I2C总线以及其附随连接130的使用。本领域技术人员将理解的是，任何合适的通信方法和信号都可以用于实现本发明的目的。
在操作中，在实施例中，检测电路100使用电流源122(例如，可编程恒流源)来生成例如经由引脚(在图1中未示出)注入节点142的电流，所述引脚被设计用于例如经由图1中被标记为“ID”的接口将检测电路100耦合至外部设备(未示出)。
在节点142处施加的电流根据引脚处存在的阻抗在节点142处产生电压。因此，在节点142处的电压例如模拟电压信号表示在例如诸如插孔连接器等外部设备与诸如接地电势150等参考电势之间的阻抗。在实施例中，电流源122可以例如用生成测试信号(例如，模拟电压信号)的测试信号发生器代替。
在实施例中，ADC 124基于节点142处的电流和/或电压来输出数字信号144。例如，ADC 124可以测量模拟电压输入信号102，以便输出表示模拟电压的数字转换的、以及因此表示外部设备与参考电势之间的阻抗的信号144。理解的是，数字信号144可以使用本领域已知的诸如测量平均值或使用峰值检测等任何方法来确定，并且可以存储在例如逻辑控制电路126中。
在实施例中，检测电路100使用数字信号144作为阻抗的度量，以便在某一时间段内检测外部设备的存在。在实施例中，可编程电流源122和ADC 124确保检测电路100可以精确地检测较宽范围的阻抗。一旦检测电路100完成测量以执行检测，就可以重置信号144的值以用于随后时间段内的测量。
在实施例中，过零检测器110利用电流142来在识别时间段内确定电压信号102是否满足过零条件。响应于检测过零条件，过零检测器110然后输出指示电压信号102是否已经越过某一阈值的过零信号140。阈值可以用于得出关于节点142处的阻抗并且因此所期望附接状态的结论。
在实施例中，逻辑控制电路126被配置用于通过利用状态机或微处理器基于检测到的设备检测阈值来得出结论。在实施例中，状态机/微处理器使用信号130例如串行时钟信号(SCL)、串行数据信号(SDA)或中断信号(INTb)来确定附接状态。
在实施例中，逻辑控制电路126和/或耦合至检测电路100的处理器可以用于设置识别间隔的时间段。逻辑控制电路126可以被设计用于编程检测电路100执行过零检测和/或电阻检测的识别间隔。在实施例中，至少基于过零信号140和/或电压142/144，逻辑控制电路126或处理器确定表示设备存在或污染物存在的状态，例如，连接器中湿气的存在，如将参照图2所描述的。
在实施例中，逻辑控制电路126或处理器可以使用数字信号144以及在节点142处的电流来确定阻抗值，所述阻抗值然后可以用于确定设备和/或污染物的存在。
图2展示了根据本文件的实施例的示例性检测系统。系统200包括检测电路202、连接器204、音频编解码器208、处理器210、保护电路212和216以及上拉电阻器214。图2中的连接器204可以是3.5mm音频插座。然而，本文所列举的类型、大小等不旨在作为对本发明范围的限制。此外，连接器204可以用于任何类型的设备或附件，例如，头戴式耳机。
在实施例中，当连接器204从检测电路202断开连接时，检测电路202将电流注入节点236中并且测量节点248处的相对较高的电压，根据所述相对较高电压预测相对较高阻抗。如在背景部分中所提及的，相对较低的阻抗指示连接器存在，而相对较高的阻抗指示开路状态即连接器204不存在。因此，基于在接口248处所测量的信号与检测阈值之间的关系，可以判定连接器204事实上是否存在。
然而，外部信号的存在，诸如连接器204处超过设备检测信号水平(例如，检测电路202的电压测量范围)的双极音频信号水平可能妨碍准确的信号检测，并且可能导致错误地指示连接器204的移除或不存在的错误读数。
此外，与现有设计相比，其通常利用相对较高的设备检测阈值，因为开路具有理想的无限阻抗，所以本发明的实施例可以利用相对较低的检测阈值来确保由连接器204中污染物的存在而导致的相对较低的阻抗将不被误解，并且当事实上没有设备连接至系统200时产生连接器204存在的错误结论。
在实施例中，一旦连接器204机械地连接至设备的插座，触点例如连接器204上的诸如触点232(右音频)、触点234(左音频)、和触点244(L-DET)等金属环可以电短路在一起。在实施例中，然后可以通过将电流例如注入L-DET引脚以及检测引脚处的电压(例如，几μV)来检测电连接。电压然后可以用于通过将获得的电压与阈值进行比较来确定阻抗(例如，16′Ω)和附接状态，如先前所讨论的。
音频编解码器208包括用于接收信号的端口，诸如，麦克风偏置信号以及可以被编码或解码的音频信号。理解的是，可以利用任何类型的连接，例如多导体多引脚连接器。如参照图1所提及的，在图2中的系统200不限于在此所示出或描述的授予本公开的实施细节。例如，在检测电路202内使用由逻辑控制电路(图2中未示出)利用的上拉电阻器214仅仅是设计选择的结果。
本领域技术人员将理解的是，各种其他的通信方法和部件都可以用于实现本发明的目的。本领域技术人员将理解的是，系统200可以利用本领域已知的任何类型的保护电路系统212、216(例如，过压保护电路)来保护检测电路202的任何部分免受故障和物理损坏。
在实施例中，检测电路202例如经由同轴线缆的中心销在接口248处接收信号，例如模拟音频信号。在实施例中，插座204的触点244(在图2中被标记为L-DET)可以经由节点236耦合至接口248。触点244可以是连接器204上的检测引脚上的触点。
在实施例中，检测电路202在接口248处的信号上叠加可以由检测电路202内部生成的电流信号，以生成表示连接器204的触点244与参考电势(例如，地238)之间的阻抗的模拟电压。在实施例中，电流信号被注入节点236，使得触点244与参考电势之间的电压指示包括节点236的电信号线处的阻抗。在实施例中，此模拟电压或在接口248处检测到的电压可以转换成数字电压以用于进一步处理。系统200可以使用数字电压和/或相关联的阻抗信息来判定连接器204是否电耦合至检测电路202，例如，在接口248处。系统200可以进一步确定可能导致相对较低阻抗的、可能被误当作在例如连接器204与接口248之间存在连接的湿气、水等的存在。
在实施例中，检测电路202可以在预定时间(例如，以周期性间隔)将电流(例如，几μA)注入节点236。除了在一个或多个不同的时间执行电流注入之外，检测电路202可以使用不同的电流水平例如以预定的增量来增大在节点236处待测量信号的分辨率，从而增加电压或阻抗读数的精度。在实施例中，电流水平可以例如响应于确定相对较低的电压值而增大。理解的是，任何测量值可以被处理用于增加测量可靠性。在实施例中，电流水平和/或周期性间隔是经由处理器210编程的。
在实施例中，如果检测电路202的信号值(诸如，ADC或比较器值)高于检测阈值，例如由于在触点244上生成的外部音频信号的存在，则可能由于信号的叠加而不能准确地检测阻抗。因此，在实施例中，在触点244处存在的过零信号(例如，音频信号)可以用作指示器，以用于可靠地检测在触点244处外部信号的存在。在实施例中，如果例如在预定的检测时间段期间确定外部信号存在，则由检测电路202测量的阻抗或ADC值可以作为潜在的错误而被丢弃，并且因此使阻抗检测结果无效。
在实施例中，即使确定在检测电路202处存在外部信号，如果检测电路202的ADC/阻抗测量指示相对较低的阻抗，则阻抗检测决策可以被认为无效。
例如，如果在节点236处存在音频信号，但是所述信号具有不超过检测电路202的设备检测阈值的这种低电压，则在不考虑音频信号与测量信号同时存在的情况下在节点236处的信号仍可以用作连接器204存在的指示器。在实施例中，一旦检测电路202完成检测，过零计数器(未示出)就可以被重置，为随后时间段内的另一测量做准备。
在实施例中，处理器210接收指示连接器204的附接状态的输入信号242，并且作为响应，例如通过启动将由音频编解码器208处理的数据或正在播放的音乐等停止而对输入信号起作用。
图3是流程图，展示了可以由图1示出的检测电路用于例如可靠地检测附件在检测电路处存在或不存在的过程的决策树。
在实施例中，当判定测量的或计算的ADC电压VADC是否超过预定阈值电压VTH时，过程300在步骤302处开始。若是，则过程300在步骤304处判定ADC电压例如在某一预定时间段内是否满足过零条件。若是，则然后在步骤310处，过程300得出附件事实上已附接至检测电路的结论。
相反地，如果在步骤304处，确定ADC电压不满足过零条件，则过程300得出附件未附接至检测电路的结论。
如果在步骤302处，确定电压VADC未超过阈值电压VTH，则过程300在步骤308处确定附件已附接至检测电路。
注意的是，后一场景包括在检测电路处不存在以可能否则导致错误测量结果(例如，在电压VADC中)的方式对检测电路造成干扰的外部(例如，音频)信号的情况。在这些场景下测量或导出(多个)阻抗是相当简单的。进一步注意的是，检测电路可以在例如可以具有任意长度的预定时间段使用过程300。
图4是根据本公开的实施例展示检测电路处的电压波形的曲线图。曲线400描绘了模拟信号412、使能信号450、开路电压VO、阈值电压VTH和时间间隔402、404。在实施例中，使能信号450使得能够在例如对应于时间间隔402、404的阻抗检测时间段(例如，检测电路的接通时间)内进行检测。VTH指例如在阻抗检测时间段内的附件检测阈值。模拟信号412(例如，音频)可以是包括一个或多个信号的任意电压波形，并且可以通过采用检测电路内的峰值检测器获得。
在实施例中，时间间隔402可以与第一电流相关联，所述第一电流低于与时间间隔404相关联的第二电流。相对较高的第二电流可以用于增加信号线处的电压，例如，提高测量的分辨率。
在实施例中，ADC值416可以通过使用本领域已知的任何方法将模拟信号412转换成数字信号来确定。理解的是，任何模拟信号412可以经历任何类型的预处理或后处理，例如，对测量值取平均等。在实施例中，在时间段402、404结束时或接近结束时执行ADC检测416，以使得能够捕获在时间段402、404中相对较晚发生的模拟信号412的过零事件418。在实施例中，一旦已经执行ADC检测，检测电路就可以重置ADC值416，例如为在随后时间段的稍后检测做准备。
应理解的是，应该选择足够长的时间间隔402、404，使得可以在检测电路的接通时间期间检测到至少一个过零模拟信号412。
图5是根据本公开的实施例展示了用于可靠地检测附件存在的过程的流程图。在实施例中，过程500在步骤502处通过例如经由恒流源例如在耦合至电连接器的引脚处将电流注入信号线中开始。
在步骤504处，基于注入的电流，检测第一信号。所述信号可以表示引脚与参考电势(例如，接地电势)之间的阻抗。
在步骤506处，例如在预定识别间隔中确定过零条件。
在步骤508处，基于过零条件，例如由过零检测器生成第二信号——过零信号。
最后，在步骤510处，基于第一和/或第二信号，例如通过使用图3中展示的决策树来确定电连接器的状态。出于简洁的目的，在此不再重复使用决策树的步骤。
本领域技术人员将认识到，没有计算系统或编程语言对于本发明的实践是至关重要的。本领域技术人员还将认识到的是，以上所描述的多个元素可以被物理地和/或功能性地分成子模块或组合在一起。
对于本领域技术人员将理解的是，前述示例或实施例是示例性的并不限于本公开的范围。意图是，在阅读本说明书和研究附图之后对本领域技术人员而言显而易见的所有排列、增强、等效物、组合以及对其的改进包括在本公开的真实精神和范围内。还应注意的是，可以不同地安排任何权利要求中的元素，包括具有多种相关性、配置和组合。

Claims (20)

1.一种用于可靠地检测附件的存在的检测电路，所述检测电路包括：
接口，用于接收电流以及表示引脚与参考电势之间阻抗的信号；
电流源，所述电流源生成所述电流；
过零检测器，耦合至所述电流源，所述过零检测器响应于在识别时间段内判定所述信号是否满足过零条件而生成过零信号；
ADC，耦合至所述电流源，所述ADC基于所述电流来检测所述信号；以及
控制器，耦合至所述ADC和所述过零检测器，所述控制器响应于所述信号满足所述过零条件和不超过阈值电压，在所述检测电路处确定所述附件的存在以避免错误地指示所述附件不存在的错误读数。
2.根据权利要求1所述的检测电路，其中，所述信号为电压信号。
3.根据权利要求1所述的检测电路，其中，所述信号包括音频信号。
4.根据权利要求1所述的检测电路，其中，所述信号指示污染物的存在。
5.根据权利要求1所述的检测电路，其中，所述过零检测器为可编程滞后检测器。
6.根据权利要求1所述的检测电路，其中，所述控制器包括逻辑控制电路。
7.根据权利要求6所述的检测电路，其中，所述逻辑控制电路包括状态机。
8.根据权利要求1所述的检测电路，其中，电连接器的状态指示已经从所述接口移除附件。
9.根据权利要求1所述的检测电路，其中，所述检测电路在便携式设备中实施。
10.一种用于可靠地检测在音频系统中附件的存在的方法，所述方法包括：
将电流注入耦合至电连接器的信号线；
将ADC耦合至电流源，并由所述ADC基于所述电流，检测表示与所述信号线和参考电势相关联的阻抗的信号；
在识别时间段内，生成过零信号；
由耦合至所述电流源的过零检测器判定所述信号是否满足过零条件；以及
响应于所述信号满足所述过零条件和不超过阈值电压，在检测电路处确定所述附件的存在以避免错误地指示所述附件不存在的错误读数。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述信号为电压信号。
12.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：使用所述过零信号来检测第二信号。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第二信号为音频信号。
14.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：在生成所述过零信号之前，基于所述信号来确定所述电连接器的初始状态。
15.根据权利要求10所述的方法，其中，所述电连接器的状态指示污染物的存在。
16.一种用于可靠地检测在音频系统中附件的存在的系统，所述系统包括：
接口，被设计用于接收测试信号以及表示引脚与参考电势之间阻抗的电压；
检测电路，耦合至所述接口，所述检测电路包括：
测试信号发生器，所述测试信号发生器生成所述测试信号；
过零检测器，耦合至所述测试信号发生器，所述过零检测器在识别时间段内判定所述电压是否满足过零条件，所述过零检测器输出过零信号；
ADC，耦合至电流源，所述ADC基于所述测试信号来检测所述电压；
控制器，耦合至所述ADC和所述过零检测器，所述控制器响应于所述信号满足所述过零条件和不超过阈值电压，在所述检测电路处确定所述附件的存在以避免错误地指示所述附件不存在的错误读数；以及
处理器，耦合至所述检测电路，所述处理器确定所述识别时间段。
17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述检测电路在便携式设备中实施。
18.根据权利要求16所述的系统，其中，所述过零检测器为可编程滞后检测器。
19.根据权利要求16所述的系统，其中，电连接器的状态指示在所述接口处设备的存在。
20.根据权利要求16所述的系统，其中，所述控制器包括逻辑控制电路，所述逻辑控制电路包括状态机。
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