手机附件的检测问题

引言

手机出货量逐年递增，其中，智能手机比例的增长速度尤其快。智能手机拥有更多功能与应用，需要使用各种外接附件，因此，未来各种外接附件的数量也将不断增加。新手机设计的挑战在于如何连接所有这些新的附件，以及如何检测连接附件是何种类型。目前市场趋势及标准的要求是统一手机连接器接口，但仍需解决众多附件的检测问题。

发展趋势与推动力量

过去，手机制造商都各自开发自己的专有接口来控制连接器上的映射信号。这些专有连接器一般体积较大，可通过连接器上的不同引脚连接许多不同的附件，例如USB缆线、音频耳机和电池充电器。专用信号引脚可减少对信号切换的需求，并提供一个更受控的环境。

USB接口在计算机行业成为首选连接器，同时，微型USB端口也成为众多手机制造商选择的连接器标准。中国工业和信息化部、开放移动终端平台组织(OMTP)及欧盟都制定了相关规范和备忘录(MOU)，指定微型USB接口用作充电和数据传输连接器。这一标准化带来了许多好处，包括充电器和数据线的复用。全球手机平均换手淘汰率在6到24个月间，故这种标准化大大有助于减少专用充电器的浪费。由于不必为每个电话提供一个新的充电器，标准化还可以降低成本，并推动连接器组件本身产量提高，从而逐步降低组件价格。随着标准接口的开发，IC组件制造商也在开发更高集成度、更具成本效益的解决方案，使得手机制造商能够进一步降低成本。

许多制造商都开始采用微型USB作为附加功能的接口，包括：辅助充电适配器(ACA)、基座(DockingStation)、工厂编程、视频、音频耳机(有些为遥控)和车载工具。

智能手机上另一个长期使用的标准接口是音频插孔。其一般为3.5mm插孔，与现在的众多音频耳机兼容。插座和插头的各个部分有不同的信号映射，不过现在标准化机构，如中国MIIT和OMTP，也开始在实施标准化了。许多制造商利用单个微型USB接口或者微型USB与3.5mm音频插孔的组合来提供所有的附件连接。

本节讨论的发展趋势主要指手机，但随着市场的融合，其同样适用于众多不同的便携式设备，包括：MP3播放器、个人媒体播放器(PMP)和GPS设备。所有这些设备都使用数据、音频和电源接口。

问题

多附件多功能采用单个微型USB端口带来许多好处，但同时也增加了复杂性：如何检测手机端口插入的是哪一个附件。微型USB连接器上只有5个针脚，其中还包括接地针脚，因此识别插入附件类型及其需连接手机内哪一个IC的方法不多。微型USB连接器有以下5个针脚(如图2所示)：VBUS(+5V)；D+和D-数据线；ID(识别)；以及接地。

USB标准组织已制定了有关标准 USB端口检测的相关条文。USB标准下行端口(SDP)连接通过VBUS线上的5V电压，再利用D+和D-线上的简单握手(handshake)来检测。同样，充电下行端口(CDP)和专用充电端口(DCP)也利用相同的针脚，通过类似的简单握手操作来检测。详细说明见USB电池充电规范修订版1.2(USBBatterChargingSpecificationRevision1.2)。

由于需检测的附件很多，故需要一种方法来对它们进行区分。一种检测方法是在微型USB端口上增加一个ID针脚（标准A型或标准B型USB端口没有这个针脚），在USBOn-The-Go(OTG)缆线插入时，ID针脚对地短路。CEA-936A规范(最近已取消)也采用该针脚来检测两种不同类型的车载工具。的数量，则需要利用这些针脚来进行额外的检测。一种简单的解决方案是在ID针脚上增加额外电阻检测，也可结合VBUS线上的有效电压和D+和D-线上的电平来使用。USB电池充电工作组定义了3个额外电阻为ID信号上的负载，用于检测辅助充电适配器(ACA)的不同状态。这些数值，以及OTG和车载电阻数值，都相距甚远，其间可以为耳机、视频适配器等其他附件增加额外的数值。

在ID线上增加更多附件还带来了电气考虑事项和相关挑战。增加更多的ID值来解码可让电阻更接近，使各个值之间的区分更具挑战性。通过使用附件中的精密电阻(1%)，并仔细区隔开额外附件的电阻数值，可以应对这些挑战。

要实现快速检测，还得对ID线上的电容进行控制。如果电容太大，就需要更多时间才能实现对正确值的标准化检测测量。在大多数情况下，额外缆线长度无须超出ID线上的连接器，从而可限制过大电容量。然而，在某些应用中，如耳机，可能需要一个控制来显示状态的变化，如按下SEND/END键，这个控制可能靠近缆线的另一端放置，这会增加ID线上的电容。在这些存在额外电容的情况下，可能需要较长的检测时间。

一旦检测完成，需把信号发送给正确的处理器接口，比如USB收发器、UART或音频设备。当需要多个连接接口时，也必需对发送这些信号到相应接口的开关进行仔细考虑。这些开关会给线路增加额外的电容与串联电阻，并且可能影响信号完整性。USB路径应针对低电阻平衡进行优化，以防止过多衰减和低电容限制了变慢边缘的数量，这些问题都会影响到USB眼图性能。在设计音频端口开关接口时，应特别关注串联电阻的最小化，以限制关于耳机/扬声器负载的音频信号衰减的影响，并提供稳定的电阻电压关系，以尽量减少总谐波失真与噪声。

利用一个把上述解决方案都集成到一块IC中的器件，例如图3所示飞兆半导体的带自动选择与端口检测功能的USB端口多媒体开关FSA9280A，微型USB端口就能够实现在单端口上连接多个附件，从而降低设备的材料清单，优化音频和USB连接的性能。

把附件检测与开关路由集成在一起可带来若干额外的好处，例如可以实现所有路径(或只是关键路径，如用于初 始工厂编程和用于充电的USB连接)的自动切换。在无附件连接时，这种集成式解决方案还具有自动进入低功率模式的优点，同时此设备必须保持通电，即使在手机关断时，故可以检测到充电器为电池充电。当手持设备长时间处于断电状态时，低功耗性能对这类设备满足待机时间要求至关重要。微型USB开关(MUS)还集成了VBUSFET开关，可以提供过电压容限(如28V)，当VBUS针脚上加载高电压时，可保护系统其余部分免受充电器故障的影响。

这种解决方案提供了一种简单易用的USB检测接口，其可以在所有平台上进行设计，无须针对所有手持设备创建和测试一种新的解决方案。通过利用预设的ID电阻值(对手持设备采用固件更新)，它在新标准或专有附件的检测方面也颇具灵活性。

本文讨论的检测解决方案可以让智能手机把所有附件连接都汇聚在单个微型USB连接上。通过在单个封装内集成检测功能、开关和功率FET，一个简单的低功耗接口就可以用于所有移动平台，实现已验证的可靠解决方案。

2015年住宅网关市场预计增长到今年的三倍

据IHSiSuppli公司的消费平台专题报告，预计住宅网关将取代机顶盒，成为数字客厅中的新中心，该网关市场从2012到2015年将增长两倍。

目前，住宅网关与充当接收器的瘦客户box很少，但随着有线及无线运营商开始推出提供更广泛连接性与无缝接入的服务，其数量将急剧增长。2012年，全球网关与瘦客户box的出货量将达到420万个，而去年只有34.5万个，2010年更是只有1000个。未来几年其出货量将继续快速增长，到2013年达到680万个，2014年上升到1040万个，2015年达到1260万个。

机顶盒一直是家庭媒体环境的核心，充当家庭与外部世界的主要接口，也是连接到网络与电视的主要设备。但IHS公司认为，住宅网关将成为下一个关键角色，因其能够把范围更广的设备连接到一起。

通过住宅网关，充当中央服务器的机顶盒可以连接任何数量的瘦客户box――最终连接家中使用的其他媒体设备，比如智能手机或平板电脑，以便传送内容。这样，网关就可能成为数字客厅中的核心，消费者可以在客厅无缝访问来自多种源头的内容。