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耳机与USB通路
早期的3.5mm耳机只有GND、左、右声道3个引脚，这种耳机接口简单，使用范围广，常见在电脑等大型设备音频接口上，这种接口有个显而易见的缺点，即：没有MIC，不能录音打电话。在电脑上可以单独增加MIC接口，但是在手机这种集成度高的移动设备上，单独增加MIC接口显然不是个高性价比的方案，因此出现了带有MIC的耳机接口。早期各手机厂商都是自由发挥，出现了五花八门的耳机接口，各家厂商的耳机接口又互不兼容，耳机不能共用给消费者带来非常多的苦恼，天下苦杂耳机接口久矣。于是，统一标准的耳机接口亟待出现。
后来就出现了OMTP标准和CTIA标准，二者在链路上主要有MIC和GND的区别，见图5-62。当年遵循OMTP的有鼎鼎大名的诺基亚，我国也选择了OMTP，但一些手机厂商依然选用CTIA，正因为如此，当年很多同学会发现一些3.5mm耳机不兼容。
上图右图是耳机线的链路示意图，耳机有两个小的扬声器作为左、右声道，连接到接头的L和R，耳机上还有MIC可以录音，此外还有3个功能按键，分别是暂停、上一曲和下一曲的功能，不同的按键有不同的串联电阻，可以通过检测电阻来判断具体是哪个按键按下去的，比如当K1按下时，MIC和GND之间是短路的，当K2按下时，MIC和GND之间的电阻是R1。
OMTP和CTIA耳机接口有不匹配的问题，科技的进步一直服务于用户的需求，为了解决OMTP、CTIA的兼容性问题，音频开关开始进入人们的视野，很多手机都会加入音频开关，通路原理见下图(a)和(b)。当耳机插入时，音频开关会检测MIC和GND的顺序然后自动切换MIC和GND通路，不管用什么标准的耳机，不管怎么插，都能够实现二者的兼容。
怎么实现耳机插入检测呢？耳机插座起了重要作用，耳机插座也是分两种，NC(NORMAL CLOSE)和NO（NORMAL OPEN)。NC是常闭，上图(c)中的插座左声道L和DET平时是闭合短接的，如果插入耳机后L和DET就会断开，DET为高电平，以此实现耳机插入检测。NO是常开，(d)中，通常状态下L和DET是断开的，插入耳机后L和DET短接，DET为低电平。手机软件需要根据手机使用的耳机插座进行软硬件配置，来识别耳机插入状态。
现在高端的手机越来越薄，3.5mm耳机接口会占据很大空间，高端手机一般都取消了3.5mm耳机接口，通过TYPE-C口实现耳机、USB和充电功能。用户在使用时有两种耳机可选择，一种是3.5mm传统耳机搭配个3.5mm转TYPE-C的转接头，另一种是直接使用TYPE-C头的耳机。下图左侧是耳机的插座转TYPE-C接口的连接图，其中由于TYPE-C接口支持正反插，因此左右声道不用切换，直接根据TYPE-C D+、D-正反插功能就可以实现。不同标准的耳机MIC和GND顺序不同，手机同时还要兼容TYPE-C接口中MIC和GND的正反插，MIC和GND的切换逻辑就比较复杂，篇幅有限，本文不详细介绍。
TYPE-C口的数据流分两种，一种是音频的，包括左、右声道、MIC和地，另一种是USB的通路，其中左右声道占用了USB的D+、D-引脚，因此需要加入模拟开关对D+、D-和耳机的左右声道进行切换，TYPE-C的CC引脚具有非常重要的功能，可以进行设备识别。上图右侧中，当插入USB数据线进行数据通信时，模拟开关内部切换到DP和DN，USB与AP（CPU）进行数据交换；当插入耳机时，模拟开关切换到L、R，CODEC通过模拟开关来驱动耳机。
有的手机会在TYPE-C的SBU引脚上拉出一根线到CPU串口上，用于研发调试使用，比如可以通过串口抓取手机开机LOG，识别手机状态、快速定位手机异常模块。这个UART串口线如果和MIC共用SBU引脚的话，MIC和UART串口可以通过一个0欧姆的电阻进行区分，在用耳机录音时可能会录进去滋滋的电流音，或者耳机喇叭也有滋滋的电流音，这都是串口引起的，因此在研发阶段要选一些断开UART与SBU(MIC)的手机来测试耳机音频相关内容，并且在量产时删除电阻(把UART和MIC断开)，而且这UART走线也需要注意，UART和MIC连接点距离电阻这一段走线一定要短，见左图中“×”位置，如果这段走线很长，那么即使摘除了电阻，这段长长的走线也会由于天线效应拾取电路上的噪声，容易降低MIC音频性能。
扬声器驱动电路
扬声器俗称喇叭，是把电能转换成机械能再转化成声能的器件，是一种换能器。手机一般有两个扬声器，一个在手机顶部作为听筒，叫receiver(一些手机中，会使用receiver发出超声波，然后检测超声波返回的时间，进而实现距离传感器的应用)，另一个在手机下面作为外放使用，叫speaker。听筒体积小，音量和音质都不足，通常在打电话时使用，如今各手机厂商开始发力于立体声扬声器设计，给用户带来更优质的音频体验，比如小米10S使用了对称式立体声，上下采用了完全一样的1216线性扬声器，等效音腔高达1.2CC，上下喇叭的增益差别接近零，能够最大程度还原声音的空间感，见下图(a)中黄色框。对于传统的听筒而言，使用Codec就可以驱动，而对于立体声而言则需要使用双Smart PA来驱动，见图中(b)部分，智能功放可以在保护扬声器的基础上，重复发挥其性能，因此电路设计会更复杂。
Smart PA 是智能功率放大器，也是一个放大器，它和普通的功放相比，最大的区别是加了反馈检测，更加智能。在一些频段下smart PA和普通PA的信噪比、最大输出功率等可以做到相同，但在其他频段下（特别是低频），普通PA为了保证功率（防止损坏喇叭），就必须降低放大倍数。换句话说，普通PA为了保证全频段内的可靠性，需要牺牲一部分频段的性能。而smart PA加入了输出信号的电流电压反馈，可以充分释放扬声器的性能，在宽频带内提供更好的音质和安全性，最大限度的提升扬声器的效果，可以在保证扬声器工作安全的情况下，达到最大的响度和最佳的音质，提升用户体验。
下图是SMART PA内部框图，CPU通过I2S接口将音频数据发送到smart PA，经过DAC把数字信号转换为模拟信号，再经过放大器放大后驱动扬声器发声。Smart PA会检测扬声器电流和电压，来实时监控扬声器行为，这个功能称为IV sense。
Smart PA输出的信号能量大，有可能产生EMI问题，扬声器又有引入静电问题的风险，因此实际项目中，SPKP、SPKN链路上往往有磁珠、0欧姆电阻、电容、TVS等滤波保护器件。SNS_P和SNS_N用来检测扬声器电压，称之为V-sense，这两个引脚应连接在滤波器之后、靠近扬声器端。V-Sense连接消除了由于封装、PCB走线、磁珠、电阻引起的压降误差。V-sense还可以通过算法纠正由于磁珠引起的增益误差或非线性，这两条检测信号线属于敏感的模拟信号线，在PCB走线时要注意用地线或地平面进行屏蔽，远离其他数字信号或电源，防止扬声器电压检测受到干扰进而影响Smart PA的性能，甚至可能出现杂音或底噪大失真大。Smart PA内部有BOOST升压功能，因此需要外接电感和自举电容（图中未画出电容），电感要注意远离磁性材料，PCB走线时回路电感要足够小，否则可能会引起喇叭破音，比如一些手机套中有磁性吸合材料，如果这个磁性吸合材料靠近Smart PA的电感，那么就很可能会破音。
郑春厚 杨玉 编著
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撰 稿 人：张璐
责任编辑：李馨馨
审 核 人：曹新宇
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