CN207783089U - 基于共用接口的外设类型检测电路及移动终端 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于共用接口的外设类型检测电路及移动终端，所述共用接口用于外接充电设备或耳机，包括在外接充电设备时传输充电电压的第一引脚和连接系统地的第五引脚；耳机通过耳机插头插接所述共用接口，耳机插头的第一引脚与第五引脚短接；所述检测电路包括第一开关电路和第二开关电路；所述第一开关电路连接在共用接口的第一引脚与充电系统之间，在第一引脚上有充电电压接入时导通，充电系统在接收到充电电压时生成充电设备接入检测信号；所述第二开关电路连接共用接口的第一引脚，在所述第一引脚接地时导通，生成耳机接入检测信号。本实用新型将耳机接口与充电接口复用，减小了接口数量，并对外接共用接口的外设类型实现了自动识别。

Description

基于共用接口的外设类型检测电路及移动终端

技术领域

本实用新型属于接口电路技术领域，具体地说，是涉及一种对于插入到共用接口上的外部设备的类型实现自动检测的电路设计。

背景技术

随着移动终端技术的快速发展和日渐普及，在移动终端上实现的功能越来越多，可支持的外部设备也越来越多样化，从而不可避免地需要在移动终端上配置多个不同类型的接口，以满足不同外部设备的插接要求。例如，为了实现充电和数据交互，需要在移动终端上设置micro_USB接口；为了插接耳机，需要在移动终端上设置Jack3.5mm的耳机接口等。但是，在未来的产品形态下，移动终端的外形设计将越来越趋向于小型化、轻薄化，越发紧张的结构空间会给接口在产品结构件上的布设带来更大的困难和挑战，因此，接口复用设计势在必行。

目前，在手机、平板电脑、智能手表、智能手环等移动终端产品上，接口复用技术主要应用在micro_USB接口上，且大多只能作为充电接口和数据通讯接口使用。若将micro_USB接口兼用作耳机接口，其面临的主要设计难题是：

1、如何准确地识别出插入到micro_USB接口上的外部设备是充电设备还是耳机设备，以便于移动终端能够正确地切换到相应的工作模式；

2、当micro_USB接口上插入的是耳机时，如何保证音频质量。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于共用接口的外设类型检测电路，不仅可以对插入到micro_USB接口上的是充电设备还是耳机设备实现准确地识别，而且可以避免充电系统对耳机音频信号的干扰影响，保证音频质量。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

本实用新型在一个方面，提出了一种基于共用接口的外设类型检测电路，所述共用接口用于外接充电设备或耳机，包括第一引脚和连接系统地的第五引脚，所述第一引脚在共用接口外接充电设备时传输充电电压；所述耳机通过耳机插头插接所述共用接口，所述耳机插头的第一引脚与耳机插头的第五引脚短接；所述外设类型检测电路包括第一开关电路和第二开关电路；所述第一开关电路连接在所述共用接口的第一引脚与充电系统之间，在所述共用接口的第一引脚上有充电电压接入时导通，所述充电系统在接收到充电电压时生成充电设备接入检测信号；所述第二开关电路连接所述共用接口的第一引脚，在所述共用接口的第一引脚接地时导通，生成耳机接入检测信号。

作为所述第二开关电路的一种优选电路设计，本实用新型在所述第二开关电路中设置有一P沟道MOS管；所述P沟道MOS管的栅极连接所述共用接口的第一引脚，并通过上拉电阻连接系统电源；所述P沟道MOS管的源极连接所述系统电源；所述P沟道MOS管的漏极通过下拉电阻连接系统地，并连接用于传输所述耳机接入检测信号的信号线。

为了避免因系统电路中存在的漏电流而导致所述P沟道MOS管在共用接口上无外部设备接入时误导通，进而生成耳机插入的误判结果，本实用新型优选将所述上拉电阻的阻值限定在10KΩ以下。

为了在共用接口上插入充电设备时，能够将充电电压与系统电源隔离，避免使用系统电源的用电负载受到充电状态的影响，本实用新型在所述P沟道MOS管的栅极与所述共用接口的第一引脚之间还连接有一二极管，所述二极管的阳极连接所述P沟道MOS管的栅极，所述二极管的阴极连接所述共用接口的第一引脚；所述系统电源的电压幅值小于所述充电电压。

作为所述第一开关电路的一种优选电路设计，本实用新型在所述第一开关电路中设置有另一P沟道MOS管；所述另一P沟道MOS管的栅极连接系统地或通过下拉电阻连接系统地，源极连接所述共用接口的第一引脚，漏极连接所述充电系统。

本实用新型在另一个方面，还提出了一种移动终端，包括共用接口、充电系统、系统地、第一开关电路和第二开关电路；所述共用接口用于外接充电设备或耳机，包括第一引脚和连接系统地的第五引脚，所述第一引脚在共用接口外接充电设备时传输充电电压；所述耳机通过耳机插头插接所述共用接口，所述耳机插头的第一引脚与耳机插头的第五引脚短接；所述第一开关电路连接在所述共用接口的第一引脚与充电系统之间，在所述共用接口的第一引脚上有充电电压接入时导通，所述充电系统在接收到充电电压时生成充电设备接入检测信号；所述第二开关电路连接所述共用接口的第一引脚，在所述共用接口的第一引脚接地时导通，生成耳机接入检测信号。

进一步的，在所述移动终端中还包括处理器，所述处理器连接所述第一开关电路和第二开关电路，接收所述充电设备接入检测信号和所述耳机接入检测信号，根据接收到的检测信号控制系统程序进入相应的工作模式。

进一步的，在所述移动终端中还包括音频处理电路，连接所述处理器，用于将处理器输出的音频数据处理成左、右声道模拟音频信号；在所述共用接口和耳机插头中还包括用于传输数据或音频信号的第二引脚和第三引脚，所述处理器在接收到耳机接入检测信号时，将音频处理电路的音频输出通道切换至与所述共用接口连通，通过所述第二引脚和第三引脚将音频处理电路处理输出的左、右声道模拟音频信号传送至耳机，将音频播放模式从扬声器模式切换至耳机模式。

进一步的，在所述共用接口和耳机插头中还包括第四引脚，本实用新型将耳机插头的第四引脚连接耳机地，将共用接口的第四引脚与所述系统地隔离，通过使耳机地不与其它地直接连接，从而可以更好地保证耳机的音频质量。

优选的，所述共用接口优选采用micro_USB接口，以减小对移动终端的结构空间的占用。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型将耳机接口复用到充电接口上，在省去Jack3.5mm耳机接口，减小外围接口数量，节省PCB板和壳体结构的占用空间，方便移动终端小型化、轻薄化设计的同时，通过设计外设类型检测电路，可以使移动终端自动识别出插入到共用接口上的外部设备是充电设备还是耳机，进而控制系统电路进入相应的工作模式，准确地响应用户的操作，提高用户使用的满意度。此外，由于在耳机插入时，第一开关电路处于断开状态，因此将通过共用接口的音频信号完全与充电系统隔离，由此可以避免充电系统对耳机音频信号的干扰影响，保证音频质量。

结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其它特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本实用新型所提出的基于共用接口的外设类型检测电路的一种实施例的电路原理框图；

图2是图1所示的外设类型检测电路的一种实施例的具体电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细地说明。

如图1所述，本实施例为了使充电设备（适配器或主机）和有线耳机能够共用一个外围接口，以减少外围接口在移动终端上的布设数量，优选采用具有5个引脚的USB接口或者micro_USB接口作为共用接口，布设在移动终端的壳体结构件上，以用于外接充电设备和有线耳机。出于减小对壳体结构件占用面积以及对目前绝大多数充电设备均能适用等方面的考虑，本实施例优选采用目前移动终端广泛使用的micro_USB接口作为所述共用接口，在将其兼用作充电接口和数据通讯接口的基础上，进一步融合耳机接口的功能，实现充电接口与耳机接口的复用。

为了使移动终端能够自动识别出插入到共用接口上的外部设备是充电设备还是有线耳机，本实施例一方面在移动终端侧，定义共用接口的第一引脚在共用接口外接充电设备时用于传输充电设备输出的充电电压、第五引脚连接移动终端的系统地；另一方面在耳机侧，将耳机插头中的第一引脚与第五引脚短接，由此通过检测共用接口中的第一引脚上的电位状态（插入充电设备时，第一引脚为高电位；插入耳机时，第一引脚为低电位），即可判断出插入到共用接口上的外部设备是充电设备还是有线耳机，从而实现移动终端对外设类型的准确识别。

为了能够根据共用接口的第一引脚上的电位状态生成相应的外设类型接入检测信号（充电设备接入检测信号或耳机接入检测信号），本实施例在移动终端的PCB板上还设计了外设类型检测电路，如图1所示，包括第一开关电路和第二开关电路。将所述第一开关电路和第二开关电路分别连接至共用接口的第一引脚，并设计第一开关电路在共用接口的第一引脚上有充电电压接入时导通，而第二开关电路在共用接口的第一引脚接地时导通。由此，当第一开关电路导通时，可以认为外接的是充电设备，将充电电压通过第一开关电路传送至移动终端内部的充电系统，利用充电系统在接收到充电电压时生成有效的充电设备接入检测信号VUSB_IN，发送至移动终端内部的处理器，以实现处理器对充电设备插入状态的准确识别。而当第二开关电路导通时，则可以认为外接的是有线耳机，此时可以利用第二开关电路通断状态的切换，生成所需的耳机接入检测信号EARBUD_IN，发送至移动终端内部的处理器，以实现处理器对耳机插入状态的准确识别。

作为本实施例的一种优选电路设计方案，所述第一开关电路和第二开关电路均可以采用一颗P沟道MOS管配合简单的外围电路设计而成。如图2所示，在第一开关电路中设置P沟道MOS管Q1，将P沟道MOS管Q1的源极连接至共用接口J1的第一引脚5V，栅极连接移动终端的系统地GNDD，优选通过串联的下拉电阻R1连接至系统地GNDD，将P沟道MOS管Q1的漏极连接移动终端内部的充电系统。当共用接口J1上有充电设备插入时，充电设备输出的充电电压（对于micro_USB接口来说，所述充电电压为+5V直流电压）作用于P沟道MOS管Q1的源极，此时P沟道MOS管Q1因其源栅极电压大于其导通压降而由截止状态转入饱和导通状态，连通充电电压与充电系统之间的电源传输通路，进而将充电电流传送至充电系统。设置充电系统在接收到充电电压时生成充电设备接入检测信号VUSB_IN（例如高电平信号），发送至处理器MCU的其中一路I/O口，例如GPIO1口。所述处理器MCU在检测到其GPIO1口为高电平时，判定有充电设备插入，控制系统程序进入充电进程，通过充电系统为移动终端内部的电池充电，并将原本连接电池的供电线路切换至连通充电电压，利用外接的充电电压为移动终端供电。

由于插入到共用接口J1上的充电设备有可能是适配器，也可能是主机，为了实现区分，可以在适配器侧将适配器插头的第二引脚和第三引脚短接，而主机侧的第二引脚和第三引脚相互隔离，用于传输USB数据。定义共用接口J1的第二引脚D-和第三引脚D+用于传输数据或音频信号，当移动终端接收到充电设备接入检测信号VUSB_IN后，检测共用接口J1的第二引脚D-和第三引脚D+是否短接，若短接，则判定接入的是适配器；若未短接，则判定接入的是主机，此时，可以通过共用接口J1的第二引脚D-和第三引脚D+进行数据通讯，实现主机与移动终端之间的数据交互。

在第二开关电路中设置P沟道MOS管Q2，将P沟道MOS管Q2的栅极连接至共用接口J1的第一引脚5V，并通过上拉电阻R2连接至系统电源1.8V_SYS。本实施例考虑到移动终端的系统电路会因为漏电流的存在而导致P沟道MOS管Q2的栅极电平不稳定，从而增加了电阻R2的上拉设计。所述系统电源1.8V_SYS可以是由移动终端内部的电源转换电路对电池电压或充电电压转换生成，以用于为处理器MCU或移动终端内部的其它功能模块供电。所述系统电源1.8V_SYS的电压幅值应小于所述充电电压。例如，对于5V供电的移动终端而言，可以选择系统中的1.8V或者3.3V的系统电源连接所述P沟道MOS管Q2的栅极。将所述P沟道MOS管Q2的源极连接至所述系统电源1.8V_SYS，漏极通过下拉电阻R3连接系统地GNDD，通过漏极输出耳机接入检测信号EARBUD_IN，通过信号线传送至处理器MCU的另外一路I/O口，例如GPIO2口。

当共用接口J1上有耳机插入时，由于耳机插头J2的第一引脚与第五引脚短接，而共用接口J1的第五引脚连接系统地GNDD，因此将共用接口J1的第一引脚5V连接至系统地GNDD。此时，P沟道MOS管Q2的栅极电压被拉低，P沟道MOS管Q2因其源栅极电压大于其导通压降而从原本的截止状态切换至饱和导通状态，从而输出高电平有效的耳机接入检测信号EARBUD_IN，传输至处理器MCU的GPIO2口。处理器MCU在检测到其GPIO2口为高电平时，判定插入到共用接口J1上的外部设备为耳机，进而将音频播放模式从默认的扬声器模式切换至耳机模式，通过耳机输出音频信号。具体来讲，当处理器MCU检测到有耳机插入时，输出控制信号SEL至音频输出通道中的切换电路，如图1所示，控制切换电路将连接音频处理电路的输出端的音频输出通道从与扬声器连通的默认状态切换至与共用接口J1的第二引脚D-和第三引脚D+连通。在需要播放音频信号时，处理器MCU将音频数据通过I²S总线传送至移动终端内部的音频处理电路，通过音频处理电路将音频数据处理成模拟音频信号，优选包括左声道模拟音频信号HPL和右声道模拟音频信号HPR，分别通过共用接口J1和耳机插头J2的第二引脚和第三引脚传输至耳机，通过耳机中电声转换器件实现音频播放。

由于在耳机插入时，P沟道MOS管Q1的源极电压等于其栅极电压而处于截止状态，因此将通过共用接口J1的音频信号完全与充电系统隔离，由此可以保证音频信号不会受到其它信号干扰，保证音频质量。此外，可以将耳机插头J2的第四引脚连接至耳机地，并使共用接口J1的第四引脚ID与移动终端的系统地GNDD隔离，例如可以连接至音频处理电路，通过让耳机地不与其它地直接连接，从而可以更好地保证耳机模式下的音频质量。

为了避免在充电设备插入时，充电电压通过上拉电阻R2作用于系统电源1.8V_SYS，使连接系统电源1.8V_SYS的用电负载受到充电影响，本实施例优选在所述共用接口J1的第一引脚5V与P沟道MOS管Q2的栅极之间连接二极管D10，如图2所示。将二极管D10的阴极连接至共用接口J1的第一引脚5V，阳极连接至P沟道MOS管Q2的栅极，由于充电电压的电压大于系统电源1.8V_SYS的电压，因此在共用接口J1上有充电设备插入时，二极管D10处于反向截止状态，消除了充电电压对系统电源1.8V_SYS的影响。

当共用接口J1上没有任何外部设备插入时，共用接口J1的第一引脚5V悬空，内阻无限大，由于移动终端的系统电路会存在漏电流的风险，因此可能会出现二极管D10在无外设插入时导通的情况。检测电路形成分压状态，降低了P沟道MOS管Q2的栅极电压，因此，存在P沟道MOS管Q2误导通的风险。为了避免在无外设插入时，因为系统漏电流而导致P沟道MOS管Q2误导通，进而使处理器MCU误判为耳机插入的情况发生，本实施例限制所述上拉电阻R1的阻值不能超过10KΩ，优选设计上拉电阻R1的阻值在4.7KΩ-10KΩ之间取值，由此可以保证二极管D10在因系统漏电流而导通时，P沟道MOS管Q2的栅极电压仍保持在较高的电位（因为共用接口J1的第一引脚5V的内阻无限大，因此分压大）。例如，对于1.8V的系统电源1.8V_SYS来说，P沟道MOS管Q2的栅极电压可以保持在1.6V左右，从而使得P沟道MOS管Q2的源栅极电压仍小于P沟道MOS管Q2的导通压降，P沟道MOS管Q2仍保持截止状态，不会产生耳机接入检测信号EARBUD_IN，由此便可杜绝耳机插入误判问题的发生，提高外设类型检测的准确度。

当然，本实施例的第一开关电路和第二开关电路也可以采用除P沟道MOS管以外的其它开关元件（例如PNP型三极管等）配合简单的外围电路设计实现，本实施例并不仅限于以上举例。

采用micro_USB接口作为所述共用接口J1，将耳机功能和充电功能集成到micro_USB接口上，不仅省去了Jack3.5mm耳机接口的使用，降低了接口成本，减轻了产品重量，而且可以缩小对PCB板和壳体结构件的空间占用，符合移动终端小型化、轻薄化的设计需求。

当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于共用接口的外设类型检测电路，所述共用接口用于外接充电设备或耳机，包括第一引脚和连接系统地的第五引脚，所述第一引脚在共用接口外接充电设备时传输充电电压；其特征在于，

所述耳机通过耳机插头插接所述共用接口，所述耳机插头的第一引脚与第五引脚短接；

所述外设类型检测电路包括：

第一开关电路，其连接在所述共用接口的第一引脚与充电系统之间，在所述共用接口的第一引脚上有充电电压接入时导通，所述充电系统在接收到充电电压时生成充电设备接入检测信号；

第二开关电路，其连接所述共用接口的第一引脚，在所述共用接口的第一引脚接地时导通，生成耳机接入检测信号。

2.根据权利要求1所述的基于共用接口的外设类型检测电路，其特征在于，在所述第二开关电路中设置有一P沟道MOS管；所述P沟道MOS管的栅极连接所述共用接口的第一引脚，并通过上拉电阻连接系统电源；所述P沟道MOS管的源极连接所述系统电源；所述P沟道MOS管的漏极通过下拉电阻连接系统地，并连接用于传输所述耳机接入检测信号的信号线。

3.根据权利要求2所述的基于共用接口的外设类型检测电路，其特征在于，所述上拉电阻的阻值小于10KΩ。

4.根据权利要求2所述的基于共用接口的外设类型检测电路，其特征在于，在所述P沟道MOS管的栅极与所述共用接口的第一引脚之间连接有一二极管，所述二极管的阳极连接所述P沟道MOS管的栅极，所述二极管的阴极连接所述共用接口的第一引脚；所述系统电源的电压幅值小于所述充电电压。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的基于共用接口的外设类型检测电路，其特征在于，在所述第一开关电路中设置有另一P沟道MOS管；所述另一P沟道MOS管的栅极连接系统地或通过下拉电阻连接系统地，源极连接所述共用接口的第一引脚，漏极连接所述充电系统。

6.一种移动终端，包括共用接口、充电系统和系统地；其特征在于，还包括如权利要求1至5中任一项所述的基于共用接口的外设类型检测电路。

7.根据权利要求6所述的移动终端，其特征在于，还包括处理器，所述处理器连接所述第一开关电路和第二开关电路，接收所述充电设备接入检测信号和所述耳机接入检测信号。

8.根据权利要求7所述的移动终端，其特征在于，还包括音频处理电路，连接所述处理器，用于将处理器输出的音频数据处理成左、右声道模拟音频信号；在所述共用接口和耳机插头中还包括用于传输数据或音频信号的第二引脚和第三引脚，所述处理器在接收到耳机接入检测信号时，将音频处理电路的音频输出通道切换至与所述共用接口连通，通过所述第二引脚和第三引脚将音频处理电路处理输出的左、右声道模拟音频信号传送至耳机。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的移动终端，其特征在于，在所述共用接口和耳机插头中还包括第四引脚，耳机插头的第四引脚连接耳机地，共用接口的第四引脚与所述系统地隔离。

10.根据权利要求9所述的移动终端，其特征在于，所述共用接口为micro_USB接口。