USB 2.0接口提供充电和多种信号连接

　　便携产品接口的现状

　　随着社会的发展，人们对手机需要也越来越打。各个厂商也蜂拥推出自己的手机型号。但各个厂商都有自己的标准并没有使用国际标准，这造成严重的资源浪费。

　　手机充电接口的标准和统一

　　为了环保和减少电子垃圾，政府部门和各种组织一直在推动手机充电接口的统一。2004年6月包括沃达丰、Orange、T-Mobile、O2、西班牙的Telefonica、意大利电信（TelecomItaliaMobile）和日本的NTT DoCoMo等主要移动网络运营商，以及诺基亚、三星、摩托罗拉、索尼爱立信和LG等主要手机厂商成立了开放移动终端平台（OpenMobileTerminalPlatform,OMTP）组织。2007年9月，OMTP公布了统一的手机充电器接口标准为Micro USB，新的Micro USB规范支持手机等移动设备上的USB技术，并且为今后更小、更紧凑的便携设备做好了准备。手机、MP4、数码相机等各种便携设备可以在不经PC中转的情况下进行互联、通信。 日后这几家厂商所生产的手机将致力于采用Micro USB标准，努力使其成为未来手机的统一充电接口，Micro USB接口的使用使得一个接口即可进行充电、音频及数据连接。

　　另外，美国国家标准（ANSI）制定过USB接口的车载设备标准 USB Carkit Specification，其中有车载充电器的定义。USB组织也制定了输出电流高达1.5A的USB-Host/Hub充电器标准，使USB从设备与主机经过识别后，能从USB口中得到更大的充电电流。表 1给出了市场上已经存在的几种标准充电器的定义和各信号线上的状态。从以上的标准中可以看到，Micro-USB已经成为事实上的充电器接口。

　　表 1. 几种充电器的各条引线定义

　　Micro-USB接口进一步统一其他信号连接

　　Micro USB是USB 2.0标准的一个便携版本，比目前部分手机使用的Mini USB接口更小，Micro-USB是Mini-USB的下一代规格，由USB标准化组织美国USB Implementers Forum（USB-IF）于2007年1月4日制定完成。Micro-USB 支持OTG，和Mini-USB一样，也是5pin的。Micro系列的定义包括标准设备使用的Micro-B系列插槽；OTG设备使用的Micro-AB插槽；Micro-A和Micro-B插头，还有线缆。Micro系列的独特之处是他们包含了不锈钢外壳，万次插拔不成问题。

　　除了充电接口，手机上还有音频输出，USB数据连接，通用异步收发接口，甚至视频输出。所有的信号连接都需要连接器。在手机设计追求更薄，元器件更小、密度更高的要求下，连接器的体积，占用的电路板面积，以及成本愈来愈变成一个负担。在Mini-USB作为手机USB接口的时候，人们开始采用10个脚的Mini-USB兼容连接器来同时支持充电、USB、音频和UART连接。但是，在强制要求采用Micro-USB作为接口后，Micro-USB连接器的结构不允许其中再放入额外需要的脚位。利用模拟开关来复用Micro-USB的5个脚位的解决方案就应运而生。在模拟开关复用Micro-USB插座以前，手机必须知道连上的附件是什么类型，是一个充电器呢，还是一个耳麦？即使是一个充电器，还要区分是可以支持大电流充电的手机专用充电器还是只有500mA供电能力的普通USB口。

　　FSL的创新解决方案使Micro-USB接口成为手机的统一接口

　　飞思卡尔顺应发展的潮流，推出了创新性的解决方案—Micro-USB接口器件MC34825。所有的手机附件通过使用一根与Micro-USB接口配合的5芯线与手机连接。MC34825 根据ID线与地之间的电阻的大小，DP线与DM线之间的关系，VBUS线有没有电压，来识别插入的手机附件类型。MC34825内部有一个5bit的ADC，可以区分32级ID电阻。其内部有一个模拟开关阵列，分别可以把USB信号、UART信号或音频输出信号连接到Micro-USB接口的D+/D-脚上，把从Micro-USB接口上VBUS脚上的电源输入连接到手机的充电控制芯片，或者把麦克风输入连接到音频处理芯片。

　　图 1是MC34825的典型应用电路。MC34825支持目前各类标准中所定义的充电器，USB数据线，UART数据线和立体声耳麦的连接。外部电路简单，音频通路支持负电压信号，可以直接通过正负电平的耳机音频信号。USB通路支持480Mbps USB2.0高速信号。

　　当插入充电器时，电源输入通过VBUS后从OUT输出给手机里的锂电池充电控制芯片或电源管理芯片。MC34825的VBUS输入具有28V的耐压性能，手机里可以省略额外的过压保护电路。ISET引脚可由手机处理器控制输出高阻或低阻，来配合充电控制电路来设定大小充电电流。

　　当插入耳麦时，麦克风信号也从VBUS输入，从MIC输出到麦克风前置放大器。OUT脚内部被下拉到地，杜绝了从OUT脚耦合噪音干扰麦克风信号。

　　图 1. MC34825的典型接口应用电路

　　图 2显示了MC34825是如何来识别手机附件类型的。在没有附件连接的时候，MC34825处于低功耗的待机状态并且一直监测着Micro-USB接口上ID线和VBUS线的状态。待机的功耗只有不到10uA。如果任何一条线的状态发生变化，即ID线与地之间不再开路或者VBUS线上的电压高于2.6V，MC34825就会启动检测进程，测出ID电阻有多大，VBUS有没有电源输入，DP线和DM线的关系如何，并把结果存入内部ADC结果寄存器和状态寄存器，同时发一个中断给手机处理器。手机处理器根据MC34825的识别结果得出附件类型，控制MC34825中的模拟开关使信号通过Micro-USB接口的5个引脚与附件连通。

　　图 2. MC34825的附件识别过程

　　音乐手机线控解决方案

　　当手机越来越成为一个多媒体中心，集成音乐播放器，调频广播，视频播放器的时候，外部的线控要求就应运而生。利用线控可以给音乐手机带来很多的好处，是大家都一目了然的，线控小巧，可以方便地夹在衣服上，按键是专为音乐播放定义的，方便快捷。第二，更重要的是，在手机上操作，由于按键是与其他功能复用的，手机必须启动屏幕提示各键的功能，而屏幕背光要消耗大量的电流。而使用线控可以不用开启屏幕背光和其他一些不必要的功能，可以大大延长电池的音乐播放使用时间。市场上已经有各种各样的线控解决方案，但是绝大部分方案都需要在外部的线控器里设置一个专用的负责按键状态检测并与手机通信的芯片，成本高昂。MC34825同时还检测按键时间的长短，按照按键时间的不同，它会分别告诉手机处理器按键事件是短按，长按，还是长按被释放掉。与那些把按键和MIC并联的方案相比较，在MC34825的解决方案中，按键通过ID线检测，MIC信号通过VBUS线传送，不会造成任何的噪声串扰。在通话中按线控上音量增减键等也不会干扰MIC通话。

　　图 3. MC34825的外接线控器结构

　　结语

　　飞思卡尔的MC34825接口芯片使手机的Micro-USB接口能支持所有的充电器，高速USB和UART数据连接，音频输入输出，并使音乐手机以极低的成本拥有了全功能线控器。同时对充电电路提供了过压，过流保护，大大简化了手机接口的设计，丰富了手机的附件功能。所有这些功能被集成在了一个3×3（mm2）的QFN封装的芯片中，外部电路只需要电源脚上的三个退耦电容，节省了面积和成本。使用Micro-USB接口配合MC34825符合手机的发展方向，无论是给消费者，给手机制造商还是给我们的环境保护都带来了价值