功耗超小尺寸、微功耗比较器成为当前市场的选择

　  利用MAX9060系列超小尺寸、微功耗比较器，通过不同的配置方式对外部附件进行检测，不仅把功耗控制在可以忽略的等级，还为产品提供了一种小巧、简单、具有极高性价比的检测方案。增加电路实现自动检测/选择功能会提高系统功耗，这就带来了问题。作为设计人员，应该尽可能降低功耗，确保系统以的空间满足“绿色”环保的设计目标。为达到这一目的，超小尺寸、微功耗比较器，成为当前市场的选择。

1  硬件电路检测插孔的连接

　　我们首先简单回顾自动检测插孔的基本原理。

　　以典型的耳机插孔电路（图1）为例。如图所示，在检测引脚连接一个上拉电阻，这样即可产生一个信号，表示耳机或其它外部装置是否插入插孔。

图1.插孔自动检测电路

　　没有附件插入插孔时，输出信号被拉高；有附件插入插孔时，信号被拉低。该检测信号连接到一个微控制器端口，它能够在扬声器（无耳机时）和耳机扬声器（有耳机时）之间自动切换音频信号。在微控制器输入之前，可以通过一个简单的晶体管对检测信号进行缓冲。该晶体管还可提供必要的电平转换，以便与控制器连接。也可以利用低成本、低功耗的超小尺寸比较器提供缓冲和电平转换功能。例如MAX9060系列，采用1mm × 1mm晶片级封装，仅消耗1μA电流。

2  耳机检测

　　图1所示的音频插孔设计用于处理常见的3芯音频插头。该插头连接到立体声耳机或带有麦克风的单声道耳机。利用下述电路，可以轻松地区分出立体声和单声道+麦克风耳机。电路设计依据为：耳机电阻很低（通常为8Ω、16Ω或32Ω），而麦克风电阻很高（600Ω至10kΩ）。

　　这里简单介绍一下常见音频插孔和驻极体麦克风，有助于理解这些电路。对于立体声耳机，“金属环”位置连接右声道信号，“套筒”接地；对于带麦克风的单声道耳机，“金属环”连接单声道麦克风的输入音频通道，“套筒”接地。

图2. 三芯音频插孔

3  驻极体麦克风

　　典型的驻极体麦克风（图3）有一个电容元件，其电容随机械振动发生变化，从而产生与声波成比例的变化电压。驻极体麦克风始终具有内部静态电荷，无需外部电源。

图3. 驻极体麦克风的电气模型

　　驻极体麦克风可以看作一个电流源，消耗固定电流。具有非常高的输出阻抗，高阻通过FET前置放大器转换成所要求的低阻，连接到后续放大器。驻极体麦克风因其低成本、小尺寸和良好的灵敏度，成为各种应用（例如免提电话耳麦、笔记本声卡）的选择。麦克风通过一个电阻（通常为1kΩ至10kΩ）和电源电压进行偏置，提供所需的固定偏置电流。同样的电阻如果吸收800μA电流，则将产生1.24V的偏置电压。

　　按照图4检测电路所连接的耳机类型。图中，2.2kΩ的电阻RMIC-BIAS连接到音频控制器提供的低噪声基准电压（VMIC-REF）。对于麦克风，电流源吸收的固定电流因麦克风类型的不同会在100μA至大约800μA间浮动，因而电阻值较大。由于VDETECT随着插入插孔的耳机类型而变化，所以能够通过一个比较器监测VDETECT，判断出耳机类型。

图4. 用于耳机检测的比较器电路

　　如图所示，假设微控制器的基准电压（VMIC-REF）为3V，32Ω耳机负载将产生43mV的VDETECT电压。而500μA固定电流的麦克风负载将产生1.9V的电压。为了检测耳机类型，需要将VDETECT连接到比较器的一个输入端，将基准电压连接到另一个输入。比较器输出即代表了耳机类型。

　　这种便携式耳机检测应用的比较器应具有小尺寸，并且消耗很低的功率。图4所示比较器尺寸只有1mm × 1mm，电源电流损耗仅为1μA。这些特性使其成为对空间、功耗极为敏感的电池供电产品中耳机检测电路的理想选择。

4  压簧开关检测

　　大多数免提耳机都有一个开关，通常称为压簧开关，该开关用来接听、挂断电话，具有静音/保持功能，并且在接听另一个电话时保持当前通话。控制耳机的微控制器需要检测压簧开关的状态以及耳机的连接状态，自动检测插孔是否插入附件（这里指耳机） （图1）。压簧开关状态检测电路包括一个4芯立体声耳机（带麦克风）和并联的压簧开关（图5） 。两种不同类型的耳机中，插头连接到与压簧开关并联的麦克风上，如图所示，压簧开关按下时呈现为低阻，释放时麦克风呈现为高阻。

图5. 采用MAX9063比较器的压簧开关检测电路

　　当压簧开关按下时，电压VDETECT （图5）下拉至地电位附近，微控制器判断为逻辑“0”；当压簧开关释放时，VDETECT可能超出CMOS输入的VIH电压规格。

　　所以，对于不同类型的微控制器，压簧开关无法直接与控制器连接。因此，图5采用了低功耗比较器。当压簧开关按下时，比较器输出拉至高电平；释放开关时，拉至低电平。MAX9060系列比较器同样可以提供低功耗设计，用于压簧开关检测。

　　图6所示示波器截屏图是按下单声道耳机的压簧开关时获得的。设置与图5电路完全相同，只是采用了一个用于手机的2.5mm通用耳机进行测试。耳机插头带一个驻极体麦克风（带压簧开关），32Ω扬声器连接到“金属环”处。

　　图6. 这些波形由带压簧开关的驻极体麦克风产生，受单声道耳机及其内部电路控制。当单声道耳机的压簧开关按下时，比较器检测到麦克风短路，从而将输出上拉到逻辑高电平。

　　检测到的VDETECT直流电压为2.52V （图6），MAX9063输出为低电平状态。按下压簧开关即将VDETECT接地，比较器输出通过一个外部10kΩ上拉电阻拉至高电平。

5  结论

　　在便携应用中常常需要检测插孔、耳机和压簧开关。MAX9063、MAX9028系列专用比较器非常适合这类应用，这些器件所占用的空间非常小，所消耗的功率可以忽略不计。这些比较器为便携应用中的附件检测提供了一种经济的解决方案。