手機(jī)出貨量逐年遞增，其中以智能手機(jī)的增長速度最為迅速。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，以及如何檢測出連接附件的類型。目前市場及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展方向是統(tǒng)一手機(jī)接口，只是檢測各種附件的方法，仍是有待解決的問題。

micro-USB端口攻占連接器第一

過去，手機(jī)制造商都各自開發(fā)自己的專有接口來控制映像到連接器上的信號。這些專有連接器一般范圍很廣，可通過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。專用信號引腳可減少對信號切換的需求，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。例如中國的工業(yè)與信息化部(MII)以及國際上的開放移動終端平臺(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)接口的開發(fā)，IC元件制造商也在開發(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)部分有不同的信號映像。不過，現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)如工信部和OMTP，也開始對此進(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提供所有的附件連接。

本節(jié)討論的發(fā)展趨勢主要是針對手機(jī)，但隨著市場的融合，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 檢測復(fù)雜性大幅提升

圖2 微型USB連接器信號

采用單個(gè)micro-USB端口處理多附件多功能，無疑能夠帶來許多好處，但同時(shí)也增加復(fù)雜性：如何檢測手機(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(識別)以及接地。

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

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，通過類似的簡單交握操作來檢測。詳細(xì)說明可見USB電池充電規(guī)范修訂版1.2(USB Batter Charging Specification Revision 1.2)。

由于須檢測的附件很多，所以需要一種方法來對它們進(jìn)行區(qū)分。其中一種檢測方法是在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端口均無此引腳)，在USB On-The-Go(OTG)纜線插入時(shí)，ID引腳對地短路。CEA-936A規(guī)范(最近已取消)也采用該引腳來檢測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進(jìn)行額外的檢測。一種簡單的解決方案是在ID引腳上增加額外電阻檢測，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)位來使用。

USB電池充電工作組定義三個(gè)額外電阻為ID信號上的負(fù)載，用于檢測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)，帶來相關(guān)挑戰(zhàn)。增加更多的ID值來解碼，可讓電阻更接近，使各個(gè)值之間的區(qū)分更具挑戰(zhàn)性。通過使用附件中的精密電阻(1%)，并仔細(xì)區(qū)隔開額外附件的電阻數(shù)值，可以應(yīng)對這些挑戰(zhàn)。

要達(dá)成快速檢測，還得對ID在線的電容進(jìn)行控制。如果電容太大，就需要更長時(shí)間才能將檢測測量穩(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，可能需要較長的檢測時(shí)間。

檢測完成后，須將信號發(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)送這些信號到相應(yīng)接口的開關(guān)。這些開關(guān)會給線路增加額外的電容與串聯(lián)電阻，并且可能影響信號完整性。USB路徑應(yīng)針對低電阻平衡進(jìn)行優(yōu)化，以防止過多衰減和低電容對變慢邊緣的數(shù)量構(gòu)成限制，影響到USB眼狀圖性能。在設(shè)計(jì)音頻端口開關(guān)接口時(shí)，應(yīng)盡量減低串聯(lián)電阻，以限制來自耳機(jī)/揚(yáng)聲器負(fù)載的音頻信號衰減的影響，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)具有自動選擇與端口檢測功能的USB端口多媒體開關(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 飛兆多媒體開關(guān)FSA9280A具有自動選擇和端口檢測功能的USB端口

把附件檢測與開關(guān)路由整合在一起，可帶來若干額外的好處，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)的自動切換。在無附件連接時(shí)，這種整合式解決方案還具有自動進(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)，仍然可以檢測到充電器為電池充電。

當(dāng)手持式設(shè)備長時(shí)間處于斷電狀態(tài)時(shí)，低功耗性能對這類設(shè)備滿足待機(jī)時(shí)間要求至關(guān)重要。micro-USB開關(guān)(MUS)還整合VBUS場效晶體管(FET)開關(guān)，可以提供過電壓容差如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單易用的USB檢測接口，可以在所有平臺上進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此毋須針對所有手持式設(shè)備建立和測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)，也可以提供檢測新標(biāo)準(zhǔn)或?qū)Ｓ懈郊姆矫娴撵`活性。

本文討論的檢測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)整合檢測功能、開關(guān)和功率FET的低功耗接口，就可以為所有行動平臺提供通過驗(yàn)證的可靠解決方案。