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利用低功耗比较器自动检测插入附件,控制系统的整体功耗

作者:时间:2011-04-06来源:网络

便携式电子设备大多采用3芯或4芯插孔,它可以作为立体声耳机插孔,带麦克风输入和压簧开关的单声道耳机插孔,也可以作为带有麦克风/压簧开关组合的立体声耳机插孔。MAX9060系列超小尺寸、微器,通过不同的配置方式对外部进行,不仅把控制在可以忽略的等级,还为产品提供了一种小巧、简单、具有极高性价比的方案。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/162210.htm

目前,绝大多数电子设备(手机、PDA、笔记本电脑、手持式媒体播放器、游戏机等产品)通常需要连接外部。因此,这些设备需要专用的逻辑电路,用于的连接并识别其类型,从而使内部控制电路进行相应的调整。

增加电路实现检测/选择功能会提高系统,这就带来了问题。作为设计人员,应该尽可能降低功耗,确保系统以最小的空间满足“绿色”环保的设计目标。为达到这一目的,超小尺寸、微功耗器,例如MAX9060系列,成为当前市场的最佳选择。这些器是帮助设计人员控制功耗的关键所在。

硬件电路检测插孔的连接

我们首先简单回顾检测插孔的基本原理。

以典型的耳机插孔电路(图1)为例。如图所示,在检测引脚连接一个上拉电阻,这样即可产生一个信号,表示耳机或其它外部装置是否插孔。典型连接中,如果有某个外部装置,检测引脚将断开。

没有附件插孔时,输出信号被拉高;有附件插入插孔时,信号被拉低。该检测信号连接到一个微控制器端口,它能够在扬声器(无耳机时)和耳机扬声器(有耳机时)之间自动切换音频信号。

在微控制器输入之前,可以通过一个简单的晶体管对检测信号进行缓冲。该晶体管还可提供必要的电平转换,以便与控制器连接。在手机、PDA等空间受限应用中,需要选择封装尺寸不大于几个毫米的晶体管。也可以低成本、低功耗的超小尺寸比较器提供缓冲和电平转换功能。例如MAX9060系列,采用1mm × 1mm晶片级封装,仅消耗1µA电流。

图1. 插孔自动检测电路
图1. 插孔自动检测电路

耳机检测

图1所示的音频插孔设计用于处理常见的3芯音频插头。该插头连接到立体声耳机或带有麦克风的单声道耳机。下述电路,可以轻松地区分出立体声和单声道+麦克风耳机。电路设计依据为:耳机电阻很低(通常为8Ω、16Ω或32Ω),而麦克风电阻很高(600Ω至10kΩ)。

这里简单介绍一下常见音频插孔和驻极体麦克风,有助于理解这些电路。在一个3芯音频插孔(图2)中,“插头”前端在立体声耳机承载左声道音频信号,在带麦克风的单声道耳机中承载麦克风信号。对于立体声耳机,“金属环”位置连接右声道信号,“套筒”接地;对于带麦克风的单声道耳机,“金属环”连接单声道麦克风的输入音频通道,“套筒”接地。

图2. 三芯音频插孔
图2. 三芯音频插孔

驻极体麦克风

典型的驻极体麦克风(图3)有一个电容元件,其电容随机械振动发生变化,从而产生与声波成比例的变化电压。驻极体麦克风始终具有内部静态电荷,无需外部电源。不过,仍然需要几个伏特的电压来为内部前置放大器FET供电。

图3. 驻极体麦克风的电气模型
图3. 驻极体麦克风的电气模型

驻极体麦克风可以看作一个电流源,消耗固定电流。具有非常高的输出阻抗,高阻通过FET前置放大器转换成所要求的低阻,连接到后续放大器。驻极体麦克风因其低成本、小尺寸和良好的灵敏度,成为各种应用(例如免提电话耳麦、笔记本声卡)的最佳选择。

麦克风通过一个电阻(通常为1kΩ至10kΩ)和电源电压进行偏置,提供所需的固定偏置电流。偏置电流范围为:100µA至800µA左右,具体取决于特定的麦克风及其制造商。偏置电阻根据所连接的电源电压、偏置电流和灵敏度要求进行选择。因此,偏置电压会因器件的不同以及工作条件的不同而变化。例如,在3V电源下,吸收100µA电流的2.2kΩ负载电阻,将产生2.78V的偏置电压。同样的电阻如果吸收800µA电流,则将产生1.24V的偏置电压。

按照图4检测电路所连接的耳机类型。图中,2.2kΩ的电阻RMIC-BIAS连接到音频控制器提供的低噪声基准电压(VMIC-REF)。当音频插孔被插入附件时,VMIC-REF电压通过RMIC-BIAS作用到插头-地之间的等效电阻(图中未标出)上,从而在MAX9063的同相输入端产生电压VDETECT。对于立体声耳机,该电阻很小(8Ω、16Ω或32Ω);对于麦克风,电流源吸收的固定电流因麦克风类型的不同会在100µA至大约800µA间浮动,因而电阻值较大。由于VDETECT随着插入插孔的耳机类型而变化,所以能够通过一个比较器监测VDETECT,判断出耳机类型。

图4. 用于耳机检测的比较器电路
图4. 用于耳机检测的比较器电路

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