用于设备耳机插孔的电子接口的制作方法

本申请要求于2014年9月29日提交的、名称为“ELECTRONICS INTERFACE FOR DEVICE HEADSET JACK”的美国专利申请No.14/499,604的权益，其全部内容通过引用明确地并入本文。

技术领域

本公开内容通常涉及通信设备，具体而言，涉及用于设备耳机插孔的电子设备接口，其根据连接到该插孔的附件的类型来将插孔引脚切换到不同的设备电路。

背景技术：

已经解决了用于包括音频输入、音频输出和其他附件的应用的耳机插孔的使用。提供诸如生物度量感测、环境感测和金融交易的应用的附件设备可以连接到任何耳机插孔，比如标准4针3.5mm音频插孔。这些附件设备中的大多数使用耳机插孔的开放接口和芯片组上的音频编码器-解码器(编解码器)来进行操作。这种操作的缺点产生于音频编解码器中的固有限制，比如输出电流或输出偏置电压。为了补偿音频编解码器的限制，这些外部附件可能需要额外的电路和复杂度。例如，如果多个传感器被同时连接到，则可能需要比编解码器电路能够提供的输出电流/功率更多的输出电流/功率。或者，可能存在需要与编解码器电路所能够提供的输出电压完全不同的输出电压的附件设备。或者，这些附件可能需要数字输入/输出信令。

技术实现要素：

在本公开内容的方面，提供了一种方法、计算机程序产品和装置。装置(例如，用户设备)确定连接到其耳机插孔的设备是否是音频附件设备。如果插入所述耳机插孔的设备是音频附件，则用户设备将所述耳机插孔的一个或多个引脚连接到音频编解码器。如果连接到所述耳机插孔的设备不是音频附件设备，则用户设备将所述耳机插孔的一个或多个引脚连接到替代电路。用户设备然后通过所述替代电路确定所述附件设备的电气操作参数需求，并通过所述耳机插孔从所述替代电路向所述附件设备提供所需的操作参数。所述替代电路可以包括可调电压调节器和/或可调电流调节器，以及所需的操作参数可以是电压供应和电流供应中的一个或多个。

附图说明

图1是在耳机插孔和音频编码器-解码器(编解码器)之间具有标准接口的用户设备的示意性框图。

图2是在耳机插孔和设备组件或电路之间具有可切换接口的用户设备的示意性框图。

图3是当附件连接到耳机插孔时操作图2中的用户设备的方法的流程图。

图4是示出采用处理系统来实施图3中的方法的用户设备的硬件实施方式的示图。

具体实施方式

以下结合附图阐述的具体实施方式旨在作为各种配置的描述，并非旨在表示可以实践本文所描述的概念的仅有配置。具体实施方式包括用于提供对各种概念的透彻理解的目的的具体细节。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，这些概念可以在没有这些具体细节的情况下实施。在一些情况下，以框图形式示出了公知的结构和组件，以便避免使得这些概念难以理解。

下面参考各种装置和方法呈现提供用于设备耳机插孔的电子接口的若干方面。这些装置和方法通过各种块、模块、组件、电路、步骤、过程、算法等(统称为“元素”)在下面的具体实施方式中进行描述并且在附图中示出。这些元素可以使用电子硬件、计算机软件或其任何组合来实施。这种元素是实施为硬件还是软件取决于特定应用和施加在整个系统上的设计约束。

作为示例，元素或元素的任何部分或元素的任何组合可以利用包括一个或多个处理器的“处理系统”来实施。处理器的示例包括被配置为执行在整个本公开内容中说明的各种功能的微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑器件(PLD)、状态机、门逻辑、分立硬件电路以及其他适合的硬件。处理系统中的一个或多个处理器可以执行软件。软件应该被广义地解释为意味着指令、指令集、代码、代码段、程序代码、程序、子程序、软件模块、应用、软件应用、软件包、例程、子例程、对象、可执行程序、执行线程、过程、功能等，无论是否被称为软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言或其它的。

因此，在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可以在硬件、软件、固件或其任何组合中实施。如果在软件中实施，则这些功能可以作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上，或者被编码为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码。计算机可读介质包括计算机存储介质。存储介质可以是可由计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限制，这种计算机可读介质可以包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储设备、磁盘存储设备或其他磁存储设备，或者可以用于携带或存储采用指令或数据结构的形式的期望程序代码并且可由计算机访问的任何其他介质。

图1是在耳机插孔102和音频编码器-解码器(编解码器)104集成芯片(IC)之间具有标准接口的用户设备100的示意性框图。编解码器104的功能为提供音频捕获和回放。编解码器104可以包括数字信号处理器(DSP)和模数(ADC)转换器和数模(DAC)转换器。

耳机插孔102通常用于音频附件设备，比如耳机/电话或听筒/耳塞(bud)。在一种标准配置中，耳机插孔102具有四个引脚连接。麦克风输入(MIC)引脚106是编解码器104的模拟输入，其功能为提供语音采样。接地(GND)引脚108是编解码器104的输入引脚和输出引脚的公共模拟地。耳机右(HPHR)引脚110和耳机左(HPHL)引脚112是编解码器104的模拟输出，其功能为提供音频回放。

近来，耳机插孔102和编解码器104已经用于除了音频采样和音频回放之外的目的。例如，耳机插孔102和编解码器104可以用于生物度量感测(http://www.valencell.com)、环境感测(http://www.mylapka.com)和金融交易(参见http：///www.squareup.com)。在这些应用中的一些应用中，编解码器104的麦克风偏压114通过MIC引脚106向所连接的传感器提供固定电流供应或固定电压供应。来自所连接的非音频附件设备的信号可以通过MIC_IN_P 116输入到编解码器104，并由CODEC-捕获路径(MIC-ADC)进行数字化，CODEC-捕获路径通常是编解码器104的模拟前端模块的一部分。

如上所述，耳机插孔在除了音频输入和输出之外的应用上的使用正在增加。提供比如生物度量感测、环境感测和金融交易的应用的附件设备可以连接到耳机插孔。这些附件设备中的大多数使用耳机插孔的开放接口和芯片组上的音频编码器-解码器(编解码器)来进行操作。这种操作的缺点产生于这些接口的当前使用中的固有限制，比如输出电流或固定输出偏置电压。

图2是用户设备200的示意性框图，其包括在耳机插孔204与音频编解码器206和替代电路208之间的可切换接口或切换机制202。音频编解码器206为连接到耳机插孔204的音频附件228提供音频捕获和音频回放。编解码器206还与DSP 210接口连接。替代电路208可以包括但不限于例如可调电压调节器212、可调电流调节器214、数字数据输入/输出216、模拟数据输入/输出218、时钟242、电池充电器234和接地236中的一个或多个。根据连接到耳机插孔204的附件设备(例如，音频耳机228、非音频设备230)的类型，可切换接口202提供到音频编解码器206或一个或多个替代电路208的连接。控制器232接收附件类型的指示，并输出切换控制信号以控制可切换接口202。附件类型的指示可以来自编解码器206。

切换机制202、音频编解码器206、替代电路208(包括电压调节器212、电流调节器214、数字数据输入/输出216、模拟数据输入/输出218、时钟242、电池充电器234)和控制器232在本文中可以被称为模块。模块可以是运行在处理器中的、驻留/存储在计算机可读介质上的软件模块，耦合到处理器的硬件模块中的一个或多个或其某种组合。

如前所述，耳机插孔204具有通常连接到音频编解码器206的四个引脚连接。麦克风输入(MIC)引脚220是编解码器204的模拟输入，其功能为提供语音采样。接地(GND)引脚222是编解码器204的输入引脚和输出引脚的公共模拟地。耳机右(HPHR)引脚224和耳机左(HPHL)引脚226是编解码器204的模拟输出，其功能为提供音频播放。

在控制器232的控制下的切换机制202允许耳机引脚220、222、224、226与音频编解码器206和替代电路208中之一之间的连接。在一种配置中，可切换接口202是多路复用器。当连接到音频编解码器206时，耳机插孔连接引脚可以连接到如上所述的音频编解码器。当连接到替代电路208时，耳机插孔连接引脚可以连接到电压调节器模块212、电流调节器模块214、数字数据输入/输出模块216、模拟数据输入/输出模块218、时钟模块242、电池充电器模块234和接地236中的一个或多个，这取决于所连接的附件类型和所连接的附件的要求。

例如，如果所连接的附件类型是传感器附件设备，则MIC引脚220可以连接到数字数据输入/输出216或模拟数据输入/输出218，GND引脚222连接到GND 236，HPHR引脚224连接到可调电压调节器212，以及HPHL引脚226连接到可调电流调节器214。可调电压调节器212和可调电流调节器214可以合并并连接到HPHR 224或HPHL 226引脚中的一个。在另一个实施例中，相同类型的可调电压调节器或电流调节器中的两个可以连接到HPHR 224和HPHL 226引脚。因此，通过可切换接口202的灵活连接不限于上述示例。

图3是当附件连接到用户设备的耳机插孔时，图2中的用户设备200的操作方法的流程图300。该方法可以由用户设备200执行。在步骤302，用户设备检测到附件设备228、230插入到耳机插孔204中，并确定附件设备是音频附件还是不同于音频附件的某个设备，例如传感器设备、金融数据交易设备等。对插入的附件设备228、230的检测可以使用本领域已知的技术来进行。例如，音频编解码器206可以基于MIC_BIAS端子238上的电压电平或电流电平变化来检测附件何时已经插入到耳机插孔204中。当不存在被连接的设备时，MIC_BIAS端子238是悬浮的；因此不存在提供给插座204中的MIC引脚220的有源电流。另一方面，当设备被连接时，电流通过MIC引脚220被拉引到外部设备。这两种情况之间的电流电平差异由音频编解码器206内的检测电路捕获。音频编解码器206将该状态改变提供给前面的处理器(未示出)。

继续步骤302，在检测到插入的附件设备228、230时，用户设备确定什么类型的设备，例如音频或非音频，被插入。为此，音频编解码器206可以向所连接的附件228、230发送信号。在一个实施方式中，信号可以是通过音频编解码器206的MIC_BIAS端子238或MIC_IN_P端子240发送的电流脉冲。通常，通过检测耳机或其他音频附件跨HPHR引脚224和HPHL引脚226的或者在HPHL引脚226和GND引脚236之间的阻抗水平(impedance level)，可以将耳机或其他音频附件与非音频附件区分开。例如，在具有32欧姆阻抗的音频耳机的情况下，音频编解码器206可以通过HPHL引脚226发送电流脉冲，并且测量跨HPHL引脚226和HPHR引脚224的阻抗。如果阻抗是除了32欧姆之外的某个阻抗，则用户设备确定所插入的附件设备230是不同于音频耳机的某个设备。

下面是用于阻抗测量目的的与编解码器206接口连接的多路复用器202输入侧和与耳机插孔204接口连接的多路复用器202输出侧之间的示例性引脚连接的表：

表1

在步骤304，如果所连接的附件被确定为是音频附件设备228，则过程进行到步骤306，其中，用户设备将用户设备的耳机插孔的一个或多个引脚220、222、224、226连接到音频编解码器204。引脚220、222、224、226可以通过切换机制202(比如多路复用器)正常地连接到音频编解码器204。在这种情况下，用户设备通过维持引脚到编解码器连接的正常连接状态，将一个或多个引脚220、222、224、226连接到音频编解码器204。引脚到编解码器连接的正常连接状态可以是如上面参考图2所描述的。在一个实施方式中，控制器232通过提供与正常连接状态对应的切换控制信号，来将切换机构202维持在正常连接状态。

如果在步骤304，所连接的附件230被确定为是非音频附件设备，则过程进行到步骤308，其中，用户设备将耳机插孔204的一个或多个引脚220、222、224、226连接到不同于音频编解码器206的替代电路208。将耳机插孔204的一个或多个引脚220、222、224、226连接到替代电路208，可以通过将正常连接到音频编解码器206的一个或多个引脚的连接切换到与替代电路的连接来进行。这种连接的切换可以是基于由控制器232提供的切换控制信号，通过切换机制202来进行。

在这点上，在用户设备确定非音频附件230插入到耳机插孔204中时，用户设备可能还不知道非音频附件的类型。因此，切换机构202可以将耳机插孔引脚220、222、224、226中的一个或多个连接到数字数据输入/输出模块216和模拟数据输入/输出模块218中的一个或多个，使得用户设备可以与非音频附件设备230通信以确定附件设备类型。例如，在控制器232的控制下，用户设备可以通过数字数据输入/输出模块216轮询或与所连接的非音频附件设备230握手，直到用户设备确定被连接的非音频附件的类型。一个示例性实施例是进行通信并决定需要什么类型的输出。因此，在初始通信期间，非音频附件230可以提供来自可调电流调节器214和可调电压调节器212的所需的电压电平和电流电平中的一个或多个。在必要的功率电平被提供给非音频附件230后，附件然后可以通过数字数据输入/输出引脚216继续通信，以便提供或接收与非音频附件230的类型对应的真实信息。该信息可以是(但不限于)信用卡支付或由环境传感器收集的数据，或者它可以是用户的心跳速率或任何其他传感信息。

在步骤310，在耳机插孔引脚220、222、224、226和替代电路208之间连接时，用户设备通过替代电路确定非音频附件设备230的电气操作参数需求。例如，如果替代电路208包括数字数据输入/输出模块216，则在控制器232的控制下，用户设备可以借助通过数字数据输入/输出模块216向附件设备发送针对这种信息的请求，并通过数字数据输入/输出模块216从附件设备接收与该电气操作参数需求对应的信息，来确定非音频附件设备230的电气操作参数需求。电气操作参数需求可以是例如所需电压供应、所需电流供应或低功率指示中的一个。

在步骤312，用户设备通过耳机插孔204从替代电路208向非音频附件设备230提供所需的操作参数。在所需电压的情况下，控制器232可以调整替代电路208的可编程电压调节器模块212，以通过耳机插孔204的适当引脚输出所需电压。例如，在一种配置中，电压调节器模块212可以提供从0.1V到3.7V或比4.2V的高电池电压低的电压。例如，在一种配置中，电压调节器模块212可以向外部生物度量传感器提供1.2V范围内的电压。

在所需电流的情况下，控制器232可以调整替代电路的可编程电流调节器模块214，以通过耳机插孔204的适当引脚输出所需电流，所需电流的变化范围为从几百微安到大几百毫安。例如，对于各种市场上可得到的传感器类型，电流调节器模块214可以提供：1)对于指纹传感器，70mA的正常电流和220mA电流的最大电流；2)心跳传感器，100mA的工作电流；3)气体传感器，60mA的最小电流和165mA的最大电流；4)烟雾探测器，70μA的待机电流和60mA的报警电流。

下面是用于可变电流供应目的的在与辅助电路208接口连接的多路复用器202输入侧和与耳机插孔204接口连接的多路复用器202输出侧之间的示例性引脚连接的表：

表2

如果模拟通信是优选的，则可以如下提供多个调节器(例如，电压调节器和电流调节器)：

表3

在来自非音频附件设备230的低功率指示的情况下，控制器232可以控制切换机制202来将电池充电器234连接到耳机插孔204的适当引脚，由此提供目的为对非音频附件进行充电的连接。电池充电器234提供非音频附件230的充电组件(例如电池)和与用户设备相关联的充电源之间的接口。在一个实施方式中，电池充电器234可以将非音频附件230的充电组件连接到用户设备200电池(未示出)，在此情况下，非音频附件由设备电池进行充电。在另一实施方式中，电池充电器234可以将非音频附件230的充电组件连接到用户设备200的充电端口(未示出)，在此情况下，非音频附件可以由与用户设备的充电端口连接的外部电池充电源(例如电气插座)进行充电。

在来自用户设备200自身的低功率指示的情况下，控制器232可以控制切换机制202来将电池充电器234连接到耳机插孔204的适当引脚，由此提供目的为对用户设备200进行充电的连接。电池充电器234提供用户设备200的电池和与非音频附件230相关联的充电源之间的接口。在一个实施方式中，电池充电器234可以将用户设备200的电池连接到非音频附件230电池(未示出)，在此情况下，用户设备200由非音频附件230电池进行充电。在另一实施方式中，电池充电器234可以将用户设备的电池连接到非音频附件230的充电端口(未示出)，在此情况下，用户设备可以通过非音频附件由外部电池充电源(例如，电气插座)充电。

下面是用于电池充电目的的在与辅助电路208接口连接的多路复用器202输入侧和与耳机插孔204接口连接的多路复用器202输出侧之间的示例性引脚连接的表：

表4

参考图2，在一些配置中，音频附件228可以包括一个或多个非音频组件。例如，耳机可以包括传感器组件，例如心率监视器。在集成音频/非音频附件的情况下，用户设备可以在音频附件的非音频组件的操作期间，将耳机插孔204的一个或多个引脚连接到不同于音频编解码器208的替代电路208。在这种配置中，用户设备可以通过音频编解码器206测量音频附件的非音频组件的负载，或者通过音频编解码器从非音频组件接收针对电气参数的请求。作为响应，用户设备可以将一个或多个耳机连接从音频编解码器208切换到辅助电路208，以便于非音频组件的操作。前述内容还可以应用于具有音频组件的非音频附件230。在任一情况下，用户设备可以基于集成附件设备的音频功能和非音频功能的要求，根据需要在连接之间动态地来回切换。

在前面的说明中，通过非音频设备和用户设备之间的通信来确定非音频设备的类型和操作要求。在其他配置中，类型和操作要求可以被映射到阻抗测量结果，并且存储在用户设备存储器中。在该实施例中，如果作为步骤302的一部分测量的阻抗不对应于音频耳机，则可以将所测量的阻抗与查找表进行比较，该查找表包括阻抗测量结果和相应的操作参数。例如，该查找表可以包括针对100欧姆到200欧姆的范围内的阻抗测量结果的条目，其对应于需要100mA的工作电流的心跳传感器。

图4是例示了采用处理系统414的用户设备200'的硬件实施方式的示例的示图。处理系统414可以利用总线架构来实施，该总线架构通常由总线408表示。根据处理系统414的具体应用和总体设计约束，总线408可以包括任何数量的互连总线和桥接器。总线408将各种电路链接在一起，该各种电路包括由处理器404表示的一个或多个处理器和/或硬件模块、连接/切换模块202'、连接/切换控制模块232'、替代电路模块208'、音频编解码器模块202'和计算机可读介质406。总线408还可以链接各种其它电路，比如定时源、外围设备、电压调节器和电源管理电路，它们是本领域公知的，因此将不再进一步描述。

参考图2，连接/切换模块202'可以对应于切换机制202，并且可以是例如多路复用器。连接/切换控制模块232'可以对应于控制器232，控制器232被配置为从其他用户设备组件接收输入(例如附件类型指示)，基于所接收到的输入向切换机构202输出切换控制信号，通过适当的替代电路208与非音频附件设备230进行通信(例如，轮询和握手)，以及基于通信结果来控制/调整合适的替代电路。

继续参考图2，替代电路模块208'可以对应于替代电路208，包括例如可调电压调节器212、可调电流调节器214、数字数据输入/输出216、模拟数据输入/输出218、时钟242、电池充电器234和地236中的一个或多个。音频编解码器模块202'可以对应于音频编解码器206。

处理系统414包括耦合到计算机可读介质406的处理器404。处理器404负责一般处理，包括执行存储在计算机可读介质406上的软件。当软件被处理器404执行时，使得处理系统414执行上文针对任何特定装置所描述的各种功能。计算机可读介质406还可以用于存储由处理器404在执行软件时操纵的数据。处理系统还包括连接/切换模块202、连接/切换控制模块232、替代电路模块208、音频编解码器模块202中的至少一个。模块可以是运行在处理器404中的、驻留/存储在计算机可读介质406中的软件模块，耦合到处理器404的一个或多个硬件模块，或其某种组合。

在一种配置中，用户设备200、200'包括：用于当插入到耳机插孔中的附件设备是音频附件设备时，将用户设备的耳机插孔的一个或多个引脚连接到音频编解码器的单元；用于当插入到耳机插孔中的附件设备不是音频附件设备时，将耳机插孔的一个或多个引脚连接到不同于音频编解码器的替代电路的单元、用于通过替代电路确定附件设备的电气操作参数需求的单元；以及用于通过耳机插孔从替代电路向附件设备提供所需的操作参数的单元。

上述单元可以是装置200中的和/或装置200'的处理系统414中的被配置为执行由上述单元记载的功能的上述模块中的一个或多个。例如，用于当插入到耳机插孔中的附件设备是音频附件设备时，将用户设备的耳机插孔的一个或多个引脚连接到音频编解码器的单元可以包括控制器232和切换机构202中的一个或多个，其被配置为当音频附件设备228连接到耳机插孔204时，如上所述地操作。

用于当插入到耳机插孔中的附件设备不是音频附件设备时，将耳机插孔的一个或多个引脚连接到不同于音频编解码器的替代电路的单元可以包括控制器232和切换机构202中的一个或多个，其被配置为当非音频附件设备230连接到耳机插孔204时，如上所述地操作。

用于通过替代电路确定附件设备的电气操作参数需求的单元可以包括控制器232和替代电路208(比如数字数据输入/输出模块216和模拟数据输入/输出模块218)中的一个或多个，其被配置为与非音频附件230通信以确定非音频附件设备的类型和非音频附件设备的操作参数要求中的一个或多个。用于通过耳机插孔从替代电路向附件设备提供所需的操作参数的单元可以包括控制器232和替代电路208(比如电压调节器模块212和/或电流调节器模块214)，其中，控制器被配置为调整合适的替代电路以提供所需的操作参数。

总而言之，装置(例如，用户设备)确定连接到其耳机插孔的设备是否是音频附件设备。如果插入耳机插孔的设备是音频附件，则用户设备将耳机插孔的一个或多个引脚连接到音频编解码器。如果连接到耳机插孔的设备不是音频附件设备，则用户设备将耳机插孔的一个或多个引脚连接到替代电路。用户设备然后通过替代电路确定附件设备的电气操作参数需求，并通过耳机插孔从替代电路向附件设备提供所需的操作参数。替代电路可以包括可调电压调节器和/或可调电流调节器，所需的操作参数可以是电压供应和电流供应中的一个或多个。

在一种配置中，前述内容可以被体现为移动设备中的电路。该电路可以包括与耳机插孔接口连接的多路复用器、用以提供可调节电流或电压的与多路复用器接口耦合的可编程电压和/或电流调节器、以及与多路复用器接口耦合的输入/输出通信块，该输入/输出通信块用于提供模拟或数字串行通信接口，以进行除了调节的电压/电流调节器电平之外的数据通信。

应当理解，所公开的过程中的步骤的特定顺序或层级是示例性方案的例示。应当理解，基于设计偏好，该过程中的步骤的特定顺序或层级可以重新排列。此外，一些步骤可以被组合或省略。所附的方法权利要求以范例顺序呈现各个步骤的要素，但并不意味着限于所给出的特定顺序或层级。

先前说明被提供来使得本领域技术人员能够实践本文中所描述的各个方面。对这些方面进行的各种修改对于本领域技术人员将是显而易见的，本文定义的一般原理可以应用于其他方面。因此，权利要求并不旨在限于本文所示的方面，而是与符合文字权利要求的全部范围相一致，其中，对单数形式的要素的引用不旨在表示“一个且仅一个”，除非明确如此表述，而是“一个或多个”。除非另有特别说明，术语“一些”是指一个或多个。本领域普通技术人员已知或以后获知的在整个本公开内容中描述的各个方面的要素的所有结构和功能等同物通过引用明确地并入本文，并且旨在被权利要求所涵盖。此外，本文中公开的内容不旨在奉献给公众，无论这样的公开是否在权利要求中明确地表述。除非使用短语“用于...的单元”来明确地表述该要素，否则不将权利要求要素解释为单元加功能。