基于WAS4732D模拟开关的耳机识别方案

吴旭

（上海锐嘉科科技集团 上海 201315）

基于WAS4732D模拟开关的耳机识别方案

吴旭

（上海锐嘉科科技集团 上海 201315）

为了实现对不同耳机检测的需求，提出了一种基于WAS4732D模拟开关的耳机自动识别设计方案，并完成系统的软硬件设计。该方案的硬件部分主要用来实现语音信号通信和检测，软件部分实现相关逻辑状态判断，能够完成对不同标准耳机的识别。实际应用表明，该方案具有成本较低，逻辑控制简单、芯片小封装设计等特点，达到了耳机自识别设计要求。

便携式终端；欧标；美标；逻辑；切换

我们经常发现手机耳机不能随便插在别的品牌手机上，可能会出现声音很小，只有背景音而没有人声，手机耳机插在电脑上同样也会出现类似问题，说明两者存在兼容性问题。耳机按尺寸分：3.5 mm和2.5 mm（已经很少使用）；按照插头段数分：3段式（不带麦克）和4段式（带麦克），其中4段式国际上通用的手机耳机接口标准有两种，一个是欧洲的标准OMTP（Open Mobile Terminal Platform）的标准，以Nokia品牌和中国等市场为代表；一个是美国的标准，以HTC/ Samsung/Iphone等品牌为主要代表。两者不同之处，在于接口的GND和MIC顺序不同。这样就导致消费者需要使用移动终端指定的耳机，否则就面临无法通话和识别问题。WAS4732D[1]模拟切换开关具有低阻抗便于逻辑控制等特性，非常适合于便携设备的耳机自动切换识别应用。

1 WAS4732D芯片功能介绍

1）低导通阻抗

→Gnd切换时，阻抗为100 mΩ；

→Mic切换时，阻抗为4.5 Ω。

2）先断后合切换模式，保证切换稳定性。

3）在控制范围内低静态电流功耗。

4）小型化DFN封装工艺，尺寸仅为2 mm×2 mm。

2 WAS4732D在设备中应用设计

2.1 耳机标准

国际上通用的手机耳机接口标准有两种，一个是OMTP（Open Mobile Terminal Platform）的标准，一个是 CTIA（美国无线通信和互联网协会，America Standard）的标准[2]。

如图1所示：

国际耳机四极接法：从最前头开始，L声道/R声道/MIC/ GND。

美标耳机四极接法：从最前头开始，L声道/R声道/GND /MIC。

图1OTMP与CTIA标准耳机

两者不同之处，就是地系统和MIC系统两个接触点进行了前后互换。

对耳机设备制造商来说，需要根据不同地域设计不同接口定义耳机；对手机终端使用者来说，需要使用手机专门指定或与该手机相匹配耳机。

如果错用了不同标准的耳机，就会出现听歌时，可能只听见其中一边或者是伴奏的声音。因为地线没有了，被MIC系统给取代。输出方式就会变成左右声道连接到MIC系统，再连接到地线的现象。当MIC是电容式时，这样音乐就有可能被分离[3]。

图2 手机错插不匹配耳机等效电路

从图2可以看出，与手机不匹配耳机插入时，ACCDET（Accessory detection，附件检测）检测到电平为0.17V，超出正常耳机识别有效门限（0.4V＜ACCDET＜1.7V）[4-5]。因此，出现耳机无法检测或者识别到。

2.2 硬件电路实现

通过增加Will半导体的WAS4732D模拟开关，做到MIC与GND切换，较好的实现两者不同标准耳机兼容和自适应识别。

图3WAS4732D应用图

根据图3芯片模拟开关应用图，可以看出模拟开关的SEL连接到Baseband的GPIO，作为使能控制。通过此模拟开关内部切换机制，实现了耳机端第3和4段GND/MIC两者切换。完成耳机MP3通道与耳机麦克通话等功能。

耳机作为手机或者移动终端附件设备，终端必须具有与此匹配的插座才能实现耳机相应的功能。插座作为设备一个重要功能器件，会面临日常插入与拔出等操作。既要保证可靠性识别，又要满足耳机的基本通话和MP3功能前提下，同时保证性能 （比如大功率等情况下导致带来干扰问题）。在联发科（Mediatek）手机平台耳机插座硬件设计如图4所示[6-7]。

图4 手机耳机接口电路

其中 B603、B604磁珠和 33 pF电容是为了滤除 900 MHz的TDD noise（TDD Division Distortion）。但需要注意33 pF电容下地需要比较干净的地，否则会引入一定的背景噪音。在耳机MP3通道的RC值，决定了耳机通道的截止频率和声音大小。在线路中构成一个高通滤波器，会砍掉截止频率以下的频率。其中fc=1/2π（Rs+RHP）C，其中RHP为耳机阻抗，正常阻抗为32Ω，C为图中C618（22 μF）电容。RS为MP3通道串接电阻，能够丰富语音低频段信号能量。振幅衰减amplitude[dB]=20log RHP/（RS+RHP）。

R606、R607为10 kΩ电阻接到地，有如下两个方面作用：

1）用做de-pop的作用，防止电平的阶跃变化导致pop音；

2）对于某些接口，用做产生中断电平的作用。当耳机没有插入时，VEINT=（1.8 V*10 K）/（470 K+10 K）=0.03 V；当耳机插入后，VEINT=（1.8 V*470 K）/（470 K+10 K）=1.76 V。根据VEINT电平变化，产生中断至基带芯片，判断为耳机插入或拔出。

当手机或移动终端使用在耳机模式下，耳机即为听筒。在满足基本功能的同时，大家对耳机音质越来越重视。手机语音通道可以采用单通道或者双通道，从抗干扰和增强音质立体感角度，以采用双通道（或差分电路）居多。由于一些实际限制无法做到完全差分电路情况下，采用假差分或者类似差分电路设计。耳机模式下听筒电路如图5所示。

图 5中 C634、C636电容同样是滤除 900 MHz的 TDD Noise，C635作为滤除差模噪声。C630、C631为AC（通过交流隔断直流）耦合电容，同时与Baseband芯片内部电阻构成高通滤波器。B601、B602为磁珠，主要滤除高频部分干扰。磁珠可以等效于电阻和电感的串联，但比普通的电感具有更好的高频滤波特性。在高配时呈现阻性，所以能在相当宽的频率范围内具有较高的阻抗，从而提高高频滤波效果。此高频noise，虽然其本身听不到，但如果这个noise以一定的频率（20～20 K之间）出现，就产生可听见的噪音。模拟开关的SEL采用基带芯片（Baseband）的GPIO控制，ACCDET作为附件检测功能。

2.3 软件控制流程

根据WAS4732D芯片特征和耳机部分电路设计，此芯片需要借助软件来实现判断，然后由GPIO来控制SEL脚，进行开关的切换。软件控制流程如图6所示。

图5 手机耳机麦克切换电路

图6 耳机识别软件流程图

3结 论

文中在介绍耳机标准和WAS4732D芯片特性基础上，根据手机平台耳机检测原理机制，提出一种采用此模拟开关来实现耳机自动识别方案。本方案能有效实现欧美标耳机兼容，实施简单。在软件上，主要是借助平台的控制接口；在硬件上，是单纯的模拟开关，是一颗无源芯片，不会主动输出物理电气变量，因此不会造成系统被拉死等导致手机异常现象。同时，比其他同类功能方案相比，具有较大的成本优势。

[1]Will Semiconductor.WAS4732D datasheet[M].China:Will Semiconductor，2013.

[2]Edward Zhang.Fairchild Solutions in smart phone[C].Fairchild，2014：24-26.

[3]Allen Lin.ACCDET Design Note[C].Mediatek，2012：5-8.

[4]Allen Lin.Accessory Detection Introduction V1.0.Mediatak[C]，2012：6-9.

[5]ShangYing Chung.MT6322_PMIC_Datasheet_V0.1[M].MediaTek，2013.

[6]YD/T 1885-2009.移动通信手持机有线耳机接口技术要求和测试方法[S].

[7]陈浩.从应用到创新手机硬件研发与设计[M].北京：电子工业出版社，2014.

Design of headset recognition based on WAS4732D analog switch

WU Xu
（Ragentek Technology Group of Shanghai，Shanghai 201315，China）

In order to achieve the different headset detection，this paper proposes a headset automatically identify design solution based on WAS4732D analog switch，and completes the hardware and software design of the system.Hardware part of the scheme is mainly used to realize audio communication and speech signal detection，the software part for relevant logic state judge，able to complete the recognition of different standard headphones.Actual application shows that the scheme has a lower cost，simple logic control，small packaging design，etc，has reached the headset to identify the design requirements.

mobile terminal；European standard；American standard；logic；switch

TN929.53

A

1674－6236（2016）18-0188-03

2015-08-15 稿件编号：201508081

吴 旭（1977—），男，上海人，硕士。研究方向：信号与信息处理，移动终端硬件设计。