基于低功耗比較器自動(dòng)檢測(cè)插入附件控制系統(tǒng)的整體功耗設(shè)計(jì)

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

　　目前，絕大多數(shù)電子設(shè)備(手機(jī)、PDA、筆記本電腦、手持式媒體播放器、游戲機(jī)等產(chǎn)品)通常需要連接外部附件。因此，這些設(shè)備需要專用的邏輯電路，用于自動(dòng)檢測(cè)附件的連接并識(shí)別其類型，從而使內(nèi)部控制電路進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

　　增加電路實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)/選擇功能會(huì)提高系統(tǒng)功耗，這就帶來了問題。作為設(shè)計(jì)人員，應(yīng)該盡可能降低功耗，確保系統(tǒng)以最小的空間滿足“綠色”環(huán)保的設(shè)計(jì)目標(biāo)。為達(dá)到這一目的，超小尺寸、微功耗比較器，例如MAX9060系列，成為當(dāng)前市場(chǎng)的最佳選擇。這些比較器是幫助設(shè)計(jì)人員控制功耗的關(guān)鍵所在。

　　硬件電路檢測(cè)插孔的連接

　　我們首先簡單回顧自動(dòng)檢測(cè)插孔的基本原理。

　　以典型的耳機(jī)插孔電路(圖1)為例。如圖所示，在檢測(cè)引腳連接一個(gè)上拉電阻，這樣即可產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，表示耳機(jī)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(cè)引腳將斷開。

圖1.插孔自動(dòng)檢測(cè)電路

　　沒有附件插入插孔時(shí)，輸出信號(hào)被拉高；有附件插入插孔時(shí)，信號(hào)被拉低。該檢測(cè)信號(hào)連接到一個(gè)微控制器端口，它能夠在揚(yáng)聲器(無耳機(jī)時(shí))和耳機(jī)揚(yáng)聲器(有耳機(jī)時(shí))之間自動(dòng)切換音頻信號(hào)。

　　在微控制器輸入之前，可以通過一個(gè)簡單的晶體管對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行緩沖。該晶體管還可提供必要的電平轉(zhuǎn)換，以便與控制器連接。在手機(jī)、PDA等空間受限應(yīng)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(zhuǎn)換功能。例如MAX9060系列，采用1mm × 1mm晶片級(jí)封裝，僅消耗1μA電流。

　　耳機(jī)檢測(cè)

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

　　這里簡單介紹一下常見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(jī)承載左聲道音頻信號(hào)，在帶麥克風(fēng)的單聲道耳機(jī)中承載麥克風(fēng)信號(hào)。對(duì)于立體聲耳機(jī)，“金屬環(huán)”位置連接右聲道信號(hào)，“套筒”接地；對(duì)于帶麥克風(fēng)的單聲道耳機(jī)，“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(jī)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(nèi)部靜態(tài)電荷，無需外部電源。不過，仍然需要幾個(gè)伏特的電壓來為內(nèi)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FET前置放大器轉(zhuǎn)換成所要求的低阻，連接到后續(xù)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(yīng)用(例如免提電話耳麥、筆記本聲卡)的最佳選擇。

　　麥克風(fēng)通過一個(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(jù)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(fù)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?qǐng)D4檢測(cè)電路所連接的耳機(jī)類型。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(zhǔn)電壓(VMIC-REF)。當(dāng)音頻插孔被插入附件時(shí)，VMIC-REF電壓通過RMIC-BIAS作用到插頭-地之間的等效電阻(圖中未標(biāo)出)上，從而在MAX9063的同相輸入端產(chǎn)生電壓VDETECT。對(duì)于立體聲耳機(jī)，該電阻很小(8Ω、16Ω或32Ω)；對(duì)于麥克風(fēng)，電流源吸收的固定電流因麥克風(fēng)類型的不同會(huì)在100μA至大約800μA間浮動(dòng)，因而電阻值較大。由于VDETECT隨著插入插孔的耳機(jī)類型而變化，所以能夠通過一個(gè)比較器監(jiān)測(cè)VDETECT，判斷出耳機(jī)類型。

圖4. 用于耳機(jī)檢測(cè)的比較器電路