手機(jī)出貨量逐年遞增，其中以智能手機(jī)的增長(zhǎng)速度最為迅速。智能手機(jī)擁有更多特性功能與應(yīng)用軟件，能夠使用各種周邊附件，所以未來(lái)不同周邊附件的數(shù)量也將不斷增加。新型手機(jī)的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)在于如何連接所有這些新的附件，以及如何檢測(cè)出連接附件的類型。目前市場(chǎng)及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展方向是統(tǒng)一手機(jī)接口，只是檢測(cè)各種附件的方法，仍是有待解決的問(wèn)題。

micro-USB端口攻占連接器第一

過(guò)去，手機(jī)制造商都各自開(kāi)發(fā)自己的專有接口來(lái)控制映像到連接器上的信號(hào)。這些專有連接器一般范圍很廣，可通過(guò)連接器上的不同引腳，連接許多不同的附件，如通用序列總線(USB)纜線、耳機(jī)和電池充電器。專用信號(hào)引腳可減少對(duì)信號(hào)切換的需求，并提供一個(gè)更受控的環(huán)境。

圖1 Micro-B型USB插頭

就如USB接口在電腦產(chǎn)業(yè)的首選連接器地位一樣，micro-USB端口也成為各種手機(jī)制造商的連接器選擇。例如中國(guó)的工業(yè)與信息化部(MII)以及國(guó)際上的開(kāi)放移動(dòng)終端平臺(tái)(Open Mobile Terminal Platform,OMTP)組織和歐盟(EU)都制定了相關(guān)的規(guī)范和備忘錄，來(lái)指明micro-USB接口當(dāng)作充電和數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B接器(圖1)。這一標(biāo)準(zhǔn)化措施帶來(lái)的好處很多，而充電器和數(shù)據(jù)線重復(fù)使用就是其中一項(xiàng)。

現(xiàn)時(shí)全球手機(jī)的平均周轉(zhuǎn)時(shí)間為6～24個(gè)月，所以這種標(biāo)準(zhǔn)化可大大減少專用充電器所造成的浪費(fèi)。由于不必為每個(gè)電話提供一個(gè)的新的充電器，標(biāo)準(zhǔn)化還可以降低成本，并提高連接器元件產(chǎn)量，從而逐步降低元件價(jià)格。隨著標(biāo)準(zhǔn)接口的開(kāi)發(fā)，IC元件制造商也在開(kāi)發(fā)更高整合度、更具成本效益的解決方案，讓手機(jī)制造商能夠進(jìn)一步降低成本。

許多制造商都開(kāi)始采用微型USB作為附加功能的接口，包括附件充電變壓器(ACA)、基座(Docking Station)、工廠程序設(shè)計(jì)、視頻、耳機(jī)(有些附有遙控)和車用手機(jī)配件等，整合化則有助減低手機(jī)的尺寸和成本。

智能手機(jī)上另一個(gè)長(zhǎng)期使用的標(biāo)準(zhǔn)接口是音頻插孔。其一般為3.5毫米(mm)插孔，與現(xiàn)在的各種音頻耳機(jī)兼容。插座和插頭的各個(gè)部分有不同的信號(hào)映像。不過(guò)，現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)如工信部和OMTP，也開(kāi)始對(duì)此進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。許多制造商利用單一micro-USB接口，或是micro-USB與3.5毫米音頻插孔的組合來(lái)提供所有的附件連接。

本節(jié)討論的發(fā)展趨勢(shì)主要是針對(duì)手機(jī)，但隨著市場(chǎng)的融合，其同樣適用于各種不同的可攜式設(shè)備，包括MP3播放器、個(gè)人多媒體播放器(PMP)和全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)裝置。所有這些設(shè)備都使用數(shù)據(jù)、音頻和電源接口。

單一micro-USB處理多附件 檢測(cè)復(fù)雜性大幅提升

圖2 微型USB連接器信號(hào)

采用單個(gè)micro-USB端口處理多附件多功能，無(wú)疑能夠帶來(lái)許多好處，但同時(shí)也增加復(fù)雜性：如何檢測(cè)手機(jī)端口插入的是哪一個(gè)附件。micro-USB連接器上只有五個(gè)引腳，其中還包括接地引腳，因此識(shí)別插入附件類型及其須連接手機(jī)內(nèi)哪一個(gè)IC的方法不多。micro-USB連接器有以下五個(gè)引腳(圖 2)：VBUS(+5V)、D+和D數(shù)據(jù)線、ID(識(shí)別)以及接地。

USB標(biāo)準(zhǔn)組織已制定標(biāo)準(zhǔn)USB端口檢測(cè)的相關(guān)條文。USB標(biāo)準(zhǔn)下行端口(Standard Downstream Port,SDP)連接通過(guò)VBUS在線的5伏特(V)電壓，再利用D+和D-在線的簡(jiǎn)單交握(Handshake)來(lái)檢測(cè)。

同樣，充電下行端口(Charging Downstream Port,CDP)和專用充電端口(Dedicated Charging Port,DCP)也利用相同的引腳，通過(guò)類似的簡(jiǎn)單交握操作來(lái)檢測(cè)。詳細(xì)說(shuō)明可見(jiàn)USB電池充電規(guī)范修訂版1.2(USB Batter Charging Specification Revision 1.2)。

由于須檢測(cè)的附件很多，所以需要一種方法來(lái)對(duì)它們進(jìn)行區(qū)分。其中一種檢測(cè)方法是在micro-USB端口上增加一個(gè)ID引腳(標(biāo)準(zhǔn)A型或標(biāo)準(zhǔn)B型USB端口均無(wú)此引腳)，在USB On-The-Go(OTG)纜線插入時(shí)，ID引腳對(duì)地短路。CEA-936A規(guī)范(最近已取消)也采用該引腳來(lái)檢測(cè)兩種不同類型的汽車配件。

各式解決方案紛紛出籠

若要整合的附件超出標(biāo)準(zhǔn)USB集的數(shù)量，則必須利用這些引腳來(lái)進(jìn)行額外的檢測(cè)。一種簡(jiǎn)單的解決方案是在ID引腳上增加額外電阻檢測(cè)，也可結(jié)合VBUS在線的有效電壓以及D+和D-在線的電壓準(zhǔn)位來(lái)使用。

USB電池充電工作組定義三個(gè)額外電阻為ID信號(hào)上的負(fù)載，用于檢測(cè)輔助充電變壓器的不同狀態(tài)。這些數(shù)值以及OTG和汽車電阻數(shù)值，都相距甚遠(yuǎn)，其間可以為耳機(jī)、視頻卡等其它附件增加額外的數(shù)值。

在ID在線增加更多附件還增生電氣考慮事項(xiàng)，帶來(lái)相關(guān)挑戰(zhàn)。增加更多的ID值來(lái)解碼，可讓電阻更接近，使各個(gè)值之間的區(qū)分更具挑戰(zhàn)性。通過(guò)使用附件中的精密電阻(1%)，并仔細(xì)區(qū)隔開(kāi)額外附件的電阻數(shù)值，可以應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。

要達(dá)成快速檢測(cè)，還得對(duì)ID在線的電容進(jìn)行控制。如果電容太大，就需要更長(zhǎng)時(shí)間才能將檢測(cè)測(cè)量穩(wěn)定至正確數(shù)值。在大多數(shù)情況下，ID在線的連接器外毋須額外布線，從而可限制過(guò)大電容量。

然而，在某些應(yīng)用中如耳機(jī)，可能需要一個(gè)控制來(lái)顯示狀態(tài)的變化，例如按下SEND/END鍵，這個(gè)控制可能靠近纜線的另一端放置，這會(huì)增加ID在線的電容。在這些存在額外電容的情況下，可能需要較長(zhǎng)的檢測(cè)時(shí)間。

檢測(cè)完成后，須將信號(hào)發(fā)送給正確的處理器接口，如USB收發(fā)器、UART或音頻設(shè)備。當(dāng)需要多個(gè)連接接口時(shí)，也必須仔細(xì)考慮發(fā)送這些信號(hào)到相應(yīng)接口的開(kāi)關(guān)。這些開(kāi)關(guān)會(huì)給線路增加額外的電容與串聯(lián)電阻，并且可能影響信號(hào)完整性。USB路徑應(yīng)針對(duì)低電阻平衡進(jìn)行優(yōu)化，以防止過(guò)多衰減和低電容對(duì)變慢邊緣的數(shù)量構(gòu)成限制，影響到USB眼狀圖性能。在設(shè)計(jì)音頻端口開(kāi)關(guān)接口時(shí)，應(yīng)盡量減低串聯(lián)電阻，以限制來(lái)自耳機(jī)/揚(yáng)聲器負(fù)載的音頻信號(hào)衰減的影響，并提供穩(wěn)定的電阻電壓關(guān)系，以盡量減少整體諧波失真與噪聲。

將全部解決方案整合至單一IC

利用一個(gè)把上述解決方案都整合到一塊IC中的元件，例如飛兆(Fairchild)具有自動(dòng)選擇與端口檢測(cè)功能的USB端口多媒體開(kāi)關(guān)FSA9280A(圖3)，micro-USB端口就能夠在一個(gè)連接端口上連接多個(gè)附件，進(jìn)而降低設(shè)備的材料清單，優(yōu)化音頻和USB連接的性能。

圖3 飛兆多媒體開(kāi)關(guān)FSA9280A具有自動(dòng)選擇和端口檢測(cè)功能的USB端口

把附件檢測(cè)與開(kāi)關(guān)路由整合在一起，可帶來(lái)若干額外的好處，譬如可以提供所有路徑(或者只是關(guān)鍵路徑，例如用于初始工廠程序設(shè)計(jì)和用于充電的USB連接)的自動(dòng)切換。在無(wú)附件連接時(shí)，這種整合式解決方案還具有自動(dòng)進(jìn)入低功率模式的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)此設(shè)備必須保持通電，即使在手機(jī)關(guān)斷時(shí)，仍然可以檢測(cè)到充電器為電池充電。

當(dāng)手持式設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間處于斷電狀態(tài)時(shí)，低功耗性能對(duì)這類設(shè)備滿足待機(jī)時(shí)間要求至關(guān)重要。micro-USB開(kāi)關(guān)(MUS)還整合VBUS場(chǎng)效晶體管(FET)開(kāi)關(guān)，可以提供過(guò)電壓容差如28伏特，當(dāng)VBUS引腳上加載高電壓時(shí)，可保護(hù)系統(tǒng)其余部分免受充電器故障的影響。

這種解決方案提供一種簡(jiǎn)單易用的USB檢測(cè)接口，可以在所有平臺(tái)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此毋須針對(duì)所有手持式設(shè)備建立和測(cè)試一種新的解決方案。而利用備用的ID電阻值(利用手持式設(shè)備的韌體更新功能)，也可以提供檢測(cè)新標(biāo)準(zhǔn)或?qū)Ｓ懈郊姆矫娴撵`活性。

本文討論的檢測(cè)解決方案可以讓智能手機(jī)把所有附件連接都匯聚在單一micro-USB連接上。而利用在單一封裝內(nèi)整合檢測(cè)功能、開(kāi)關(guān)和功率FET的低功耗接口，就可以為所有行動(dòng)平臺(tái)提供通過(guò)驗(yàn)證的可靠解決方案。