便攜產(chǎn)品接口的現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的手機(jī)，便攜媒體播放器(PMP)，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備(MID)等便攜產(chǎn)品，需要各種各樣的接口以提供數(shù)據(jù)連接，音頻和視頻輸出，對(duì)內(nèi)部進(jìn)行編程和固件升級(jí)，對(duì)鋰電池充電。除了USB數(shù)據(jù)接口和標(biāo)準(zhǔn)的3.5mm 或2.5mm耳機(jī)音頻接口，各家公司使用各種各樣的接口機(jī)械結(jié)構(gòu)和自己特定的接口引腳定義。由此產(chǎn)生了大量的各種各樣的不兼容的充電器，數(shù)據(jù)線等附件。

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(mén)和各種組織一直在推動(dòng)手機(jī)充電接口的統(tǒng)一。2006年中國(guó)信息產(chǎn)業(yè)部發(fā)布YD/T 1591-2006 《移動(dòng)通信手持機(jī)充電器及接口技術(shù)要求和測(cè)試方法》要求所有在中國(guó)大陸銷(xiāo)售的手機(jī)的充電線與充電器分離，在充電器側(cè)使用統(tǒng)一的USB-A接口，以達(dá)到節(jié)省和互換充電器的目的。2007年9月開(kāi)放移動(dòng)終端平臺(tái)組織(OMTP)公布了全球統(tǒng)一的手機(jī)充電器接口Micro-USB，從而比中國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)更進(jìn)了一步。歐盟在2009年6月通過(guò)了手機(jī)充電器標(biāo)準(zhǔn)，要求2010年后所有在歐盟銷(xiāo)售的手機(jī)在手機(jī)上統(tǒng)一使用Micro-USB接口作為充電接口。世界知名移動(dòng)電話制造商如摩托羅拉、蘋(píng)果、LG、NEC、高通、RIM（黑莓手機(jī)制造商）、三星和德州儀器也參與并簽署了歐盟的這項(xiàng)協(xié)議。其中諾基亞、三星、LG、摩托羅拉、RIM公司等已經(jīng)開(kāi)始生產(chǎn)Micro-USB兼容的設(shè)備。

另外，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(ANSI)制定過(guò)USB接口的車(chē)載設(shè)備標(biāo)準(zhǔn) USB Carkit Specification (ANSI/CEA-936-A)，其中有車(chē)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

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)(UART)接口，甚至視頻輸出。所有的信號(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(lèi)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(zhuān)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(lèi)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(lèi)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(lèi)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

便攜產(chǎn)品接口的現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的手機(jī)，便攜媒體播放器(PMP)，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備(MID)等便攜產(chǎn)品，需要各種各樣的接口以提供數(shù)據(jù)連接，音頻和視頻輸出，對(duì)內(nèi)部進(jìn)行編程和固件升級(jí)，對(duì)鋰電池充電。除了USB數(shù)據(jù)接口和標(biāo)準(zhǔn)的3.5mm 或2.5mm耳機(jī)音頻接口，各家公司使用各種各樣的接口機(jī)械結(jié)構(gòu)和自己特定的接口引腳定義。由此產(chǎn)生了大量的各種各樣的不兼容的充電器，數(shù)據(jù)線等附件。

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(mén)和各種組織一直在推動(dòng)手機(jī)充電接口的統(tǒng)一。2006年中國(guó)信息產(chǎn)業(yè)部發(fā)布YD/T 1591-2006 《移動(dòng)通信手持機(jī)充電器及接口技術(shù)要求和測(cè)試方法》要求所有在中國(guó)大陸銷(xiāo)售的手機(jī)的充電線與充電器分離，在充電器側(cè)使用統(tǒng)一的USB-A接口，以達(dá)到節(jié)省和互換充電器的目的。2007年9月開(kāi)放移動(dòng)終端平臺(tái)組織(OMTP)公布了全球統(tǒng)一的手機(jī)充電器接口Micro-USB，從而比中國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)更進(jìn)了一步。歐盟在2009年6月通過(guò)了手機(jī)充電器標(biāo)準(zhǔn)，要求2010年后所有在歐盟銷(xiāo)售的手機(jī)在手機(jī)上統(tǒng)一使用Micro-USB接口作為充電接口。世界知名移動(dòng)電話制造商如摩托羅拉、蘋(píng)果、LG、NEC、高通、RIM（黑莓手機(jī)制造商）、三星和德州儀器也參與并簽署了歐盟的這項(xiàng)協(xié)議。其中諾基亞、三星、LG、摩托羅拉、RIM公司等已經(jīng)開(kāi)始生產(chǎn)Micro-USB兼容的設(shè)備。

另外，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(ANSI)制定過(guò)USB接口的車(chē)載設(shè)備標(biāo)準(zhǔn) USB Carkit Specification (ANSI/CEA-936-A)，其中有車(chē)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

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)(UART)接口，甚至視頻輸出。所有的信號(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(lèi)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(zhuān)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(lèi)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(lèi)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(lèi)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(lèi)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(zhuān)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(zhuān)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預(yù)留了13個(gè)ID電阻用于線控的按鍵，如圖 3所示，該解決方案只使用了非常便宜的電阻就構(gòu)成了全功能的線控器。不同的按鍵被按下或松開(kāi)，ID電阻就不同，MC34825檢測(cè)到了ID電阻的變化，就會(huì)啟動(dòng)ADC來(lái)測(cè)量ID電阻并存于ADC結(jié)果寄存器中。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