《電子技術(shù)應(yīng)用》
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USB 2.0接口提供充電和多種信號(hào)連接
摘要: 隨著社會(huì)的發(fā)展,,人們對(duì)手機(jī)需要也越來(lái)越打,。各個(gè)廠商也蜂擁推出自己的手機(jī)型號(hào)。但各個(gè)廠商都有自己的標(biāo)準(zhǔn)并沒(méi)有使用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),,這造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。
Abstract:
Key words :

  便攜產(chǎn)品接口的現(xiàn)狀

  隨著社會(huì)的發(fā)展,,人們對(duì)手機(jī)需要也越來(lái)越打,。各個(gè)廠商也蜂擁推出自己的手機(jī)型號(hào)。但各個(gè)廠商都有自己的標(biāo)準(zhǔn)并沒(méi)有使用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),,這造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi),。

  手機(jī)充電接口的標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)一

  為了環(huán)保和減少電子垃圾,政府部門和各種組織一直在推動(dòng)手機(jī)充電接口的統(tǒng)一,。2004年6月包括沃達(dá)豐,、Orange、T-Mobile,、O2,、西班牙的Telefonica、意大利電信(TelecomItaliaMobile)和日本的NTT DoCoMo等全球主要移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商,,以及諾基亞,、三星、摩托羅拉,、索尼愛(ài)立信和LG等主要手機(jī)廠商成立了開(kāi)放移動(dòng)終端平臺(tái)(OpenMobileTerminalPlatform,OMTP)組織,。2007年9月,OMTP公布了全球統(tǒng)一的手機(jī)充電器接口標(biāo)準(zhǔn)為Micro USB,,新的Micro USB規(guī)范支持手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備上的USB技術(shù),,并且為今后更小、更緊湊的便攜設(shè)備做好了準(zhǔn)備,。手機(jī),、MP4、數(shù)碼相機(jī)等各種便攜設(shè)備可以在不經(jīng)PC中轉(zhuǎn)的情況下進(jìn)行互聯(lián),、通信,。 日后這幾家廠商所生產(chǎn)的手機(jī)將致力于采用Micro USB標(biāo)準(zhǔn),努力使其成為未來(lái)手機(jī)的統(tǒng)一充電接口,Micro USB接口的使用使得一個(gè)接口即可進(jìn)行充電,、音頻及數(shù)據(jù)連接,。

  另外,美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(ANSI)制定過(guò)USB接口的車載設(shè)備標(biāo)準(zhǔn) USB Carkit Specification,,其中有車載充電器的定義,。USB組織也制定了輸出電流高達(dá)1.5A的USB-Host/Hub充電器標(biāo)準(zhǔn),使USB從設(shè)備與主機(jī)經(jīng)過(guò)識(shí)別后,,能從USB口中得到更大的充電電流,。表 1給出了市場(chǎng)上已經(jīng)存在的幾種標(biāo)準(zhǔn)充電器的定義和各信號(hào)線上的狀態(tài)。從以上的標(biāo)準(zhǔn)中可以看到,,Micro-USB" title="Micro-USB">Micro-USB已經(jīng)成為事實(shí)上的充電器接口,。

  表 1. 幾種充電器的各條引線定義

  Micro-USB接口進(jìn)一步統(tǒng)一其他信號(hào)連接

  Micro USB是USB 2.0標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)便攜版本,比目前部分手機(jī)使用的Mini USB接口更小,,Micro-USB是Mini-USB的下一代規(guī)格,,由USB標(biāo)準(zhǔn)化組織美國(guó)USB Implementers Forum(USB-IF)于2007年1月4日制定完成。Micro-USB 支持OTG,,和Mini-USB一樣,,也是5pin的。Micro系列的定義包括標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備使用的Micro-B系列插槽,;OTG設(shè)備使用的Micro-AB插槽,;Micro-A和Micro-B插頭,還有線纜,。Micro系列的獨(dú)特之處是他們包含了不銹鋼外殼,,萬(wàn)次插拔不成問(wèn)題。

  除了充電接口,,手機(jī)上還有音頻輸出,,USB數(shù)據(jù)連接,通用異步收發(fā)接口,,甚至視頻輸出,。所有的信號(hào)連接" title="信號(hào)連接">信號(hào)連接都需要連接器。在手機(jī)設(shè)計(jì)追求更薄,,元器件更小、密度更高的要求下,,連接器的體積,,占用的電路板面積,以及成本愈來(lái)愈變成一個(gè)負(fù)擔(dān),。在Mini-USB作為手機(jī)USB接口的時(shí)候,,人們開(kāi)始采用10個(gè)腳的Mini-USB兼容連接器來(lái)同時(shí)支持充電、USB、音頻和UART連接,。但是,,在強(qiáng)制要求采用Micro-USB作為接口后,Micro-USB連接器的結(jié)構(gòu)不允許其中再放入額外需要的腳位,。利用模擬開(kāi)關(guān)來(lái)復(fù)用Micro-USB的5個(gè)腳位的解決方案就應(yīng)運(yùn)而生,。在模擬開(kāi)關(guān)復(fù)用Micro-USB插座以前,手機(jī)必須知道連上的附件是什么類型,,是一個(gè)充電器呢,,還是一個(gè)耳麥?即使是一個(gè)充電器,,還要區(qū)分是可以支持大電流充電的手機(jī)專用充電器還是只有500mA供電能力的普通USB口,。

  FSL的創(chuàng)新解決方案使Micro-USB接口成為手機(jī)的統(tǒng)一接口

  飛思卡爾順應(yīng)發(fā)展的潮流,推出了創(chuàng)新性的解決方案—Micro-USB接口器件MC34825,。所有的手機(jī)附件通過(guò)使用一根與Micro-USB接口配合的5芯線與手機(jī)連接,。MC34825 根據(jù)ID線與地之間的電阻的大小,DP線與DM線之間的關(guān)系,,VBUS線有沒(méi)有電壓,,來(lái)識(shí)別插入的手機(jī)附件類型。MC34825內(nèi)部有一個(gè)5bit的ADC,,可以區(qū)分32級(jí)ID電阻,。其內(nèi)部有一個(gè)模擬開(kāi)關(guān)陣列,分別可以把USB信號(hào),、UART信號(hào)或音頻輸出信號(hào)連接到Micro-USB接口的D+/D-腳上,,把從Micro-USB接口上VBUS腳上的電源輸入連接到手機(jī)的充電控制芯片,或者把麥克風(fēng)輸入連接到音頻處理芯片,。

  圖 1是MC34825的典型應(yīng)用電路,。MC34825支持目前各類標(biāo)準(zhǔn)中所定義的充電器,USB數(shù)據(jù)線,,UART數(shù)據(jù)線和立體聲耳麥的連接,。外部電路簡(jiǎn)單,音頻通路支持負(fù)電壓信號(hào),,可以直接通過(guò)正負(fù)電平的耳機(jī)音頻信號(hào),。USB通路支持480Mbps USB2.0高速信號(hào)。

  當(dāng)插入充電器時(shí),,電源輸入通過(guò)VBUS后從OUT輸出給手機(jī)里的鋰電池充電控制芯片或電源管理芯片,。MC34825的VBUS輸入具有28V的耐壓性能,手機(jī)里可以省略額外的過(guò)壓保護(hù)電路,。ISET引腳可由手機(jī)處理器控制輸出高阻或低阻,,來(lái)配合充電控制電路來(lái)設(shè)定大小充電電流,。

  當(dāng)插入耳麥時(shí),麥克風(fēng)信號(hào)也從VBUS輸入,,從MIC輸出到麥克風(fēng)前置放大器,。OUT腳內(nèi)部被下拉到地,杜絕了從OUT腳耦合噪音干擾麥克風(fēng)信號(hào),。

  圖 1. MC34825的典型接口應(yīng)用電路

圖 2顯示了MC34825是如何來(lái)識(shí)別手機(jī)附件類型的,。在沒(méi)有附件連接的時(shí)候,MC34825處于低功耗的待機(jī)狀態(tài)并且一直監(jiān)測(cè)著Micro-USB接口上ID線和VBUS線的狀態(tài),。待機(jī)的功耗只有不到10uA,。如果任何一條線的狀態(tài)發(fā)生變化,即ID線與地之間不再開(kāi)路或者VBUS線上的電壓高于2.6V,,MC34825就會(huì)啟動(dòng)檢測(cè)進(jìn)程,,測(cè)出ID電阻有多大,VBUS有沒(méi)有電源輸入,,DP線和DM線的關(guān)系如何,,并把結(jié)果存入內(nèi)部ADC結(jié)果寄存器和狀態(tài)寄存器,同時(shí)發(fā)一個(gè)中斷給手機(jī)處理器,。手機(jī)處理器根據(jù)MC34825的識(shí)別結(jié)果得出附件類型,,控制MC34825中的模擬開(kāi)關(guān)使信號(hào)通過(guò)Micro-USB接口的5個(gè)引腳與附件連通。

  圖 2. MC34825的附件識(shí)別過(guò)程

  音樂(lè)手機(jī)線控" title="線控">線控解決方案

  當(dāng)手機(jī)越來(lái)越成為一個(gè)多媒體中心,,集成音樂(lè)播放器,,調(diào)頻廣播,視頻播放器的時(shí)候,,外部的線控要求就應(yīng)運(yùn)而生,。利用線控可以給音樂(lè)手機(jī)帶來(lái)很多的好處,第一是大家都一目了然的,,線控小巧,,可以方便地夾在衣服上,按鍵是專為音樂(lè)播放定義的,,方便快捷,。第二,更重要的是,,在手機(jī)上操作,,由于按鍵是與其他功能復(fù)用的,手機(jī)必須啟動(dòng)屏幕提示各鍵的功能,,而屏幕背光要消耗大量的電流,。而使用線控可以不用開(kāi)啟屏幕背光和其他一些不必要的功能,可以大大延長(zhǎng)電池的音樂(lè)播放使用時(shí)間,。市場(chǎng)上已經(jīng)有各種各樣的線控解決方案,,但是絕大部分方案都需要在外部的線控器里設(shè)置一個(gè)專用的負(fù)責(zé)按鍵狀態(tài)檢測(cè)并與手機(jī)通信的芯片,成本高昂,。MC34825同時(shí)還檢測(cè)按鍵時(shí)間的長(zhǎng)短,,按照按鍵時(shí)間的不同,它會(huì)分別告訴手機(jī)處理器按鍵事件是短按,,長(zhǎng)按,,還是長(zhǎng)按被釋放掉。與那些把按鍵和MIC并聯(lián)的方案相比較,,在MC34825的解決方案中,,按鍵通過(guò)ID線檢測(cè),MIC信號(hào)通過(guò)VBUS線傳送,,不會(huì)造成任何的噪聲串?dāng)_,。在通話中按線控上音量增減鍵等也不會(huì)干擾MIC通話。

  圖 3. MC34825的外接線控器結(jié)構(gòu)

  結(jié)語(yǔ)

  飛思卡爾的MC34825接口芯片使手機(jī)的Micro-USB接口能支持所有的充電器,,高速USB和UART數(shù)據(jù)連接,,音頻輸入輸出,并使音樂(lè)手機(jī)以極低的成本擁有了全功能線控器,。同時(shí)對(duì)充電電路提供了過(guò)壓,,過(guò)流保護(hù),大大簡(jiǎn)化了手機(jī)接口的設(shè)計(jì),,豐富了手機(jī)的附件功能,。所有這些功能被集成在了一個(gè)3×3(mm2)的QFN封裝的芯片中,外部電路只需要電源腳上的三個(gè)退耦電容,,節(jié)省了面積和成本,。使用Micro-USB接口配合MC34825符合手機(jī)的發(fā)展方向,無(wú)論是給消費(fèi)者,,給手機(jī)制造商還是給我們的環(huán)境保護(hù)都帶來(lái)了價(jià)值

 

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