基于低功耗比較器自動(dòng)檢測插入附件控制系統的整體功耗設計

　 便攜式電子設備大多采用3芯或4芯插孔，它可以作為立體聲耳機插孔，帶麥克風(fēng)輸入和壓簧開(kāi)關(guān)的單聲道耳機插孔，也可以作為帶有麥克風(fēng)/壓簧開(kāi)關(guān)組合的立體聲耳機插孔。利用MAX9060系列超小尺寸、微功耗比較器，通過(guò)不同的配置方式對外部附件進(jìn)行檢測，不僅把功耗控制在可以忽略的等級，還為產(chǎn)品提供了一種小巧、簡(jiǎn)單、具有極高性?xún)r(jià)比的檢測方案。

　　目前，絕大多數電子設備(手機、PDA、筆記本電腦、手持式媒體播放器、游戲機等產(chǎn)品)通常需要連接外部附件。因此，這些設備需要專(zhuān)用的邏輯電路，用于自動(dòng)檢測附件的連接并識別其類(lèi)型，從而使內部控制電路進(jìn)行相應的調整。

　　增加電路實(shí)現自動(dòng)檢測/選擇功能會(huì )提高系統功耗，這就帶來(lái)了問(wèn)題。作為設計人員，應該盡可能降低功耗，確保系統以最小的空間滿(mǎn)足“綠色”環(huán)保的設計目標。為達到這一目的，超小尺寸、微功耗比較器，例如MAX9060系列，成為當前市場(chǎng)的最佳選擇。這些比較器是幫助設計人員控制功耗的關(guān)鍵所在。

　　硬件電路檢測插孔的連接

　　我們首先簡(jiǎn)單回顧自動(dòng)檢測插孔的基本原理。

　　以典型的耳機插孔電路(圖1)為例。如圖所示，在檢測引腳連接一個(gè)上拉電阻，這樣即可產(chǎn)生一個(gè)信號，表示耳機或其它外部裝置是否插入插孔。典型連接中，如果有某個(gè)外部裝置插入，檢測引腳將斷開(kāi)。

圖1.插孔自動(dòng)檢測電路

　　沒(méi)有附件插入插孔時(shí)，輸出信號被拉高；有附件插入插孔時(shí)，信號被拉低。該檢測信號連接到一個(gè)微控制器端口，它能夠在揚聲器(無(wú)耳機時(shí))和耳機揚聲器(有耳機時(shí))之間自動(dòng)切換音頻信號。

　　在微控制器輸入之前，可以通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的晶體管對檢測信號進(jìn)行緩沖。該晶體管還可提供必要的電平轉換，以便與控制器連接。在手機、PDA等空間受限應用中，需要選擇封裝尺寸不大于幾個(gè)毫米的晶體管。也可以利用低成本、低功耗的超小尺寸比較器提供緩沖和電平轉換功能。例如MAX9060系列，采用1mm × 1mm晶片級封裝，僅消耗1μA電流。

　　耳機檢測

　　圖1所示的音頻插孔設計用于處理常見(jiàn)的3芯音頻插頭。該插頭連接到立體聲耳機或帶有麥克風(fēng)的單聲道耳機。利用下述電路，可以輕松地區分出立體聲和單聲道+麥克風(fēng)耳機。電路設計依據為：耳機電阻很低(通常為8Ω、16Ω或32Ω)，而麥克風(fēng)電阻很高(600Ω至10kΩ)。

　　這里簡(jiǎn)單介紹一下常見(jiàn)音頻插孔和駐極體麥克風(fēng)，有助于理解這些電路。在一個(gè)3芯音頻插孔(圖2)中，“插頭”前端在立體聲耳機承載左聲道音頻信號，在帶麥克風(fēng)的單聲道耳機中承載麥克風(fēng)信號。對于立體聲耳機，“金屬環(huán)”位置連接右聲道信號，“套筒”接地；對于帶麥克風(fēng)的單聲道耳機，“金屬環(huán)”連接單聲道麥克風(fēng)的輸入音頻通道，“套筒”接地。

圖2. 三芯音頻插孔

　　駐極體麥克風(fēng)

　　典型的駐極體麥克風(fēng)(圖3)有一個(gè)電容元件，其電容隨機械振動(dòng)發(fā)生變化，從而產(chǎn)生與聲波成比例的變化電壓。駐極體麥克風(fēng)始終具有內部靜態(tài)電荷，無(wú)需外部電源。不過(guò)，仍然需要幾個(gè)伏特的電壓來(lái)為內部前置放大器FET供電。

圖3. 駐極體麥克風(fēng)的電氣模型

　　駐極體麥克風(fēng)可以看作一個(gè)電流源，消耗固定電流。具有非常高的輸出阻抗，高阻通過(guò)FET前置放大器轉換成所要求的低阻，連接到后續放大器。駐極體麥克風(fēng)因其低成本、小尺寸和良好的靈敏度，成為各種應用(例如免提電話(huà)耳麥、筆記本聲卡)的最佳選擇。

　　麥克風(fēng)通過(guò)一個(gè)電阻(通常為1kΩ至10kΩ)和電源電壓進(jìn)行偏置，提供所需的固定偏置電流。偏置電流范圍為：100μA至800μA左右，具體取決于特定的麥克風(fēng)及其制造商。偏置電阻根據所連接的電源電壓、偏置電流和靈敏度要求進(jìn)行選擇。因此，偏置電壓會(huì )因器件的不同以及工作條件的不同而變化。例如，在3V電源下，吸收100μA電流的2.2kΩ負載電阻，將產(chǎn)生2.78V的偏置電壓。同樣的電阻如果吸收800μA電流，則將產(chǎn)生1.24V的偏置電壓。

　　按照圖4檢測電路所連接的耳機類(lèi)型。圖中，2.2kΩ的電阻RMIC-BIAS連接到音頻控制器提供的低噪聲基準電壓(VMIC-REF)。當音頻插孔被插入附件時(shí)，VMIC-REF電壓通過(guò)RMIC-BIAS作用到插頭-地之間的等效電阻(圖中未標出)上，從而在MAX9063的同相輸入端產(chǎn)生電壓VDETECT。對于立體聲耳機，該電阻很小(8Ω、16Ω或32Ω)；對于麥克風(fēng)，電流源吸收的固定電流因麥克風(fēng)類(lèi)型的不同會(huì )在100μA至大約800μA間浮動(dòng)，因而電阻值較大。由于VDETECT隨著(zhù)插入插孔的耳機類(lèi)型而變化，所以能夠通過(guò)一個(gè)比較器監測VDETECT，判斷出耳機類(lèi)型。

圖4. 用于耳機檢測的比較器電路