《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連接
摘要: 隨著社會的發(fā)展,人們對手機(jī)需要也越來越打。各個廠商也蜂擁推出自己的手機(jī)型號。但各個廠商都有自己的標(biāo)準(zhǔn)并沒有使用國際標(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

  隨著社會的發(fā)展,人們對手機(jī)需要也越來越打。各個廠商也蜂擁推出自己的手機(jī)型號。但各個廠商都有自己的標(biāo)準(zhǔn)并沒有使用國際標(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等全球主要移動網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商,以及諾基亞、三星、摩托羅拉、索尼愛立信和LG等主要手機(jī)廠商成立了開放移動終端平臺(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),努力使其成為未來手機(jī)的統(tǒng)一充電接口,Micro USB接口的使用使得一個接口即可進(jìn)行充電、音頻及數(shù)據(jù)連接。

  另外,美國國家標(biāo)準(zhǔn)(ANSI)制定過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)過識別后,能從USB口中得到更大的充電電流。表 1給出了市場上已經(jīng)存在的幾種標(biāo)準(zhǔn)充電器的定義和各信號線上的狀態(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)一其他信號連接

  Micro USB是USB 2.0標(biāo)準(zhǔn)的一個便攜版本,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,萬次插拔不成問題。

  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。所有的信號連接" title="信號連接">信號連接都需要連接器。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,以及成本愈來愈變成一個負(fù)擔(dān)。在Mini-USB作為手機(jī)USB接口的時候,人們開始采用10個腳的Mini-USB兼容連接器來同時支持充電、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。利用模擬開關(guān)來復(fù)用Micro-USB的5個腳位的解決方案就應(yīng)運(yùn)而生。在模擬開關(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,是一個充電器呢,還是一個耳麥?即使是一個充電器,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線有沒有電壓,來識別插入的手機(jī)附件類型。MC34825內(nèi)部有一個5bit的ADC,可以區(qū)分32級ID電阻。其內(nèi)部有一個模擬開關(guān)陣列,分別可以把USB信號、UART信號或音頻輸出信號連接到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。外部電路簡單,音頻通路支持負(fù)電壓信號,可以直接通過正負(fù)電平的耳機(jī)音頻信號。USB通路支持480Mbps USB2.0高速信號。

  當(dāng)插入充電器時,電源輸入通過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,來配合充電控制電路來設(shè)定大小充電電流。

  當(dāng)插入耳麥時,麥克風(fēng)信號也從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。

  圖 1. MC34825的典型接口應(yīng)用電路

圖 2顯示了MC34825是如何來識別手機(jī)附件類型的。在沒有附件連接的時候,MC34825處于低功耗的待機(jī)狀態(tài)并且一直監(jiān)測著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線與地之間不再開路或者VBUS線上的電壓高于2.6V,MC34825就會啟動檢測進(jìn)程,測出ID電阻有多大,VBUS有沒有電源輸入,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,同時發(fā)一個中斷給手機(jī)處理器。手機(jī)處理器根據(jù)MC34825的識別結(jié)果得出附件類型,控制MC34825中的模擬開關(guān)使信號通過Micro-USB接口的5個引腳與附件連通。

  圖 2. MC34825的附件識別過程

  音樂手機(jī)線控" title="線控">線控解決方案

  當(dāng)手機(jī)越來越成為一個多媒體中心,集成音樂播放器,調(diào)頻廣播,視頻播放器的時候,外部的線控要求就應(yīng)運(yùn)而生。利用線控可以給音樂手機(jī)帶來很多的好處,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啟屏幕背光和其他一些不必要的功能,可以大大延長電池的音樂播放使用時間。市場上已經(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)置一個專用的負(fù)責(zé)按鍵狀態(tài)檢測并與手機(jī)通信的芯片,成本高昂。MC34825同時還檢測按鍵時間的長短,按照按鍵時間的不同,它會分別告訴手機(jī)處理器按鍵事件是短按,長按,還是長按被釋放掉。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ID線檢測,MIC信號通過VBUS線傳送,不會造成任何的噪聲串?dāng)_。在通話中按線控上音量增減鍵等也不會干擾MIC通話。

  圖 3. MC34825的外接線控器結(jié)構(gòu)

  結(jié)語

  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,并使音樂手機(jī)以極低的成本擁有了全功能線控器。同時對充電電路提供了過壓,過流保護(hù),大大簡化了手機(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)都帶來了價值

 

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