Коннектор Jack 3,5 мм и технология ACI в современных телефонах


Штекер типа Jack-3,5 мм уже много лет является нормой в аудиотехнике. Интересно, что он был разработан ещё в 19 веке для использования в ручных телефонных коммутаторах и до сих пор используется в портативных телефонах, планшетах и ПК. Применяется для подключения аудио, наушников, колонок. История развития этого разъема долгая, но функциональные возможности весьма ограничены… были.

Коннектор Jack 3,5 мм и технология ACI в современных телефонах

Упрощенная схема подключения стандартного аудиоштекера 3,5 мм показана на рисунке. Четыре контакта соединяют наушники с аудиотрактом в мобильном телефоне. Два из них отправляют аналоговые стереосигналы на наушники, а два других используются для заземления и отправки аналогового сигнала с микрофона и кнопок, подключенных к нему параллельно.

Сигнал с микрофона, когда он активен, оцифровывается в кодеке АЦП, а значение напряжения с резисторного делителя RPOCZ (выбирается с помощью кнопок «тише», «громче» или «говорить») определяет тип действия (уменьшение громкости, прием вызова).

Решение это не менялось долгое время, независимо от развития мобильных телефонов. И по сравнению с функциональностью и вычислительной мощности современных смартфонов возможности 3,5 мм штекеров очень ограничены.

Технологически продвинутые телефонные гарнитуры с микрофоном, которые используются сегодня, должны быть оптимизированы, что приводит к постоянному требованию улучшения удобства использования разъёма.

Особенно желательным является активное подавление окружающих звуков (ANC) в наушниках. Оно работает, когда цифровая схема ANC с батареей помещается в схему наушников, как показано на рисунке. Альтернативное решение, без необходимости установки батареи, возможно при условии что используется вместо штекера Джек-3,5 мм интерфейс USB.

Оба решения технически возможны, но за счет увеличения цены и размера телефона. Аппаратные возможности самого смартфона (аудиокодек, маломощный DSP, усилители, PMU) позволяют перенести на него функции ANC.

Коннектор Jack 3,5 мм и технология ACI в современных телефонах
Реализация передачи и приема между наушниками с микрофоном и системой подавлением окружающего шума, и мобильным телефоном, через разъем USB.

Эта новая технология под названием ACI, разработанная AMS AG, создает новый стандартный интерфейс с разъемом 3,5 мм, полностью обратно совместимый с существующими наушниками и мобильными телефонами. Он использует сигнальный кабель микрофона со штекером 3,5 мм и расширяет функциональность этого разъема, создавая двунаправленный цифровой интерфейс.

Далее показаны 2 варианта реализации ACI с использованием штекера 3,5 мм или разъема USB-C. Новый стандарт USB-C позволяет передавать аналоговые аудиосигналы, поэтому добавление одного аналогового переключателя к смартфону позволяет использовать ACI благодаря разъему USB-C и микрофонному кабелю для дешевых наушников с ANC. Для обоих решений требуется только чип ACI в мобильном телефоне. Этот чип может стать частью самого аудиокодека, что еще больше снизит стоимость системы.

Коннектор Jack 3,5 мм и технология ACI в современных телефонах
Гарнитура с интерфейсом ACI, подключенная к мобильному телефону через штекер 3,5 мм или через разъем USB-C и запитаная от ACI.

Аудиокодек, усилитель для наушников, MCU и дополнительные блоки PMU больше не нужны в телефоне. Все кнопки пользовательского интерфейса, речевой микрофон и микрофоны ANC напрямую подключены к микросхеме ACI в гарнитуре. Его задача – собрать и передать на хост всю информацию с сенсора, микрофона и кнопок.

Обработка аудиосигнала выполняется с помощью DSP в аудиокодеке, что снижает шум в полосе передачи и снижает уровень шума, как если бы наушники не были подключены вообще. Вся информация о взаимосвязанных датчиках и кнопках передается по шине I2C процессору телефонной трубки, который разрешает или отключает отдельные функции наушников.

Коннектор Jack 3,5 мм и технология ACI в современных телефонах
Модулированный сигнал в микрофонном кабеле.

Одна из целей проектирования ACI состояла в том, чтобы минимизировать задержку для уменьшения помехи тракта Rx. Интерфейс ACI имеет низкую задержку в 1 мкс для каждого канала микрофона. Это главное преимущество ACI перед реализацией цифрового USB-C, поскольку аудиокодек в смартфоне нельзя повторно использовать для уменьшения шума Rx.

Полезное:  Распиновка датчика скорости ВАЗ и схема подключения ДС

Для легкой интеграции с мобильным телефоном или планшетом телефон имеет вход таймера, который синхронизирует данные цифрового микрофона (до 5 каналов) с аудиокодеком для обработки цифрового сигнала.

Благодаря питающему напряжению подаваемому от телефона (1,4–1,9 В), ток до 100 мА для питания микрофонов и дополнительных датчиков, подключенных к микросхеме AS3445B, главной системе в I2C, можно избавиться от батареек. Функция туннелирования I2C обеспечивает чтение и запись данных этих датчиков и их доступ к процессору телефона.

Коннектор Jack 3,5 мм и технология ACI в современных телефонах
Проводное подключение модулированного микрофонного сигнала.

Для поддержания надежности передачи используются так называемые метаданные (I2C, IRQ, прямая битовая передача) эти данные также защищены CRC, чтобы избежать ошибок передачи. AS3445B использует EEPROM для хранения определенной информации о телефоне, такой как установка усиления микрофонных предусилителей или настройка GPIO, которые определяют телефон как аппаратное обеспечение. Часть его доступна для общего пользования.

Таким образом можно запрограммировать производственные данные, серийный номер и другое в систему, или позволить пользователю вводить свои данные в смартфон, например имя или персонализированные настройки эквалайзера для предпочтительных настроек воспроизведения музыки. Все эти и многие другие функции выполняются с помощью кабеля микрофона для связи и передачи энергии на AS3445B. Связь ACI в микрофонном кабеле не влияет на аналоговые сигналы, создаваемые аудиокодеком.

Как работает интерфейс ACI

Связь между мастером AS3445B и ведомым устройством AS3440B основана на схеме полудуплексной мультиплексированной временной модуляции. В сигнальном кабеле, по которому подается питание на AS3445B, присутствует постоянное напряжение 3,3 В. Данные микрофона, а также метаданные напрямую модулируют это напряжение.

Коннектор Jack 3,5 мм и технология ACI в современных телефонах
Альтернативный вид гарнитуры с микрофоном и функцией подавления окружающего шума.

Поскольку интерфейс подчеркивает низкую задержку, 83% всей полосы пропускания предназначено для передачи данных с низкой задержкой (в основном данных микрофона). Оставшиеся 10% используются для синхронизации таймера между ведущим и ведомым устройством, а оставшиеся 7% для метаданных I2C при обмене данными с AS3445B, прямой передаче битов и прерываниях. Поскольку интерфейс ACI позволяет использовать аудиокабель длиной до 1 м, важно чтобы в сигнальном кабеле сохранялась целостность передаваемых данных.

Канал связи должен быть четко определен, как показано на блок-схеме. Выводы XCN обеих цепей должны быть снабжены резисторами 21 Ом, чтобы избежать отражения передаваемых данных в зависимости от длины сигнальной линии. Характеристическое сопротивление микрофонного кабеля должно соответствовать этому сопротивлению с точностью до 20%.

Различные варианты использования ACI

Помимо обеспечения низкой стоимости и минимальных размеров наушников с функцией ANC для использования с мобильными телефонами, интерфейс ACI также полезен для ограничения аппаратной громкости наушников. Один из вариантов – как соединить две печатные платы. Обычно печатные платы на обеих сторонах телефона требуют многопроволочного подключения через многополюсные разъемы.

Коннектор Jack 3,5 мм и технология ACI в современных телефонах

Таким образом интерфейс ACI позволяет заменить многопроводное соединение на двухпроводное, до пяти микрофонных каналов, многопозиционных кнопок, а также данных I2C. Кнопки обычно расположены на плате с правой стороны наушников. Причём длина подключения до 1 м не является проблемой для I2C.


НАЖМИТЕ ТУТ И ОТКРОЙТЕ КОММЕНТАРИИ