一文读懂TypeC 耳机原理

SOURCE:提供VBUS电源的设备SINK:从VBUS取电的设备DFP(Downstream Facing Port): 下行端口，可以理解为Host，DFP提供VBUS。UFP(Upstream Facing Port): 上行端口，可以理解为Device，UFP从VBUS中取电。典型设备是U盘，移动硬盘。DRP(Dual Role Port): 双角色端口，DRP既可以做DFP(Host)，也可以UFP(Device)，也可以在DFP与UFP间动态切换。典型的DRP设备是电脑，具OTG功能的手机，移动电源。CC(Configuration Channel)：配置通道，这是USB Type-C里的关键通道，它的作用有检测USB连接，检测正反插，USB设备间数据与VBUS的连接建立与管理等。USB PD(USB Power Delivery): 是Type-C的一个特性，一种通信协议，它是一种新的电源和通讯连接方式，它允许USB设备间传输最高至100W（ 20V/5A）的功率，同时它可以改变端口的属性，也可以使端口在DFP与UFP之间切换，它还可以与电缆通信，获取电缆的属性。Electronically Marked Cable: 封装有 E-Marker 芯片的USB Type-C有源电缆，DFP和UFP利用PD协议可以读取该电缆的属性：电源传输能力，数据传输能力，ID等信息。所有全功能的Type-C电缆都应该封装有E-Marker，但USB2.0 Type-C电缆可以不封装EMarker。  

USB Type C是USB 3.1标准的一部分， 在连接器(插头、插座)、Cable、检测机制等方面与目前的USB在功能和电气特性上兼容， 并定义了新的电气参数，通讯速率， 尺寸、功率等， 具有更加纤薄的设计、更快的传输速度（最高10Gbps）以及更强悍的电力传输（最高20V/5A，100W）， 支持正反插，易用性非常好，绿色环保，向下兼容USB2.0。具体的引脚定义如下：

GND

地

VBUS

USB 电源

TX

数据发送脚

RX

数据接收脚

D+

数据正

D-

数据负

CC

配置通道

SBU

用于交替功能和音频外设功能

     VBUS、GND、D+、D-为兼容USB2.0使用的脚，其余为新增的脚。CC是Type C 的一个重要引脚，可以检测 USB 设备的连接，正反插等。通常在 DFP的CC pin有上拉电阻 Rp，在UFP有下拉电阻Rd。未连接时，DFP的VBUS是无输出的。连接后，CC pin相连，DFP的CC pin会检测到UFP的下拉电阻Rd，说明连接上了，DFP就打开Vbus电源开关，输出电源给UFP。而哪个CC pin (CC1，CC2)检测到下拉电阻就确定接口插入的方向，顺便切换 RX/TX。

一个 DRP设备的CC内部框图如下：

       内部具有CC电平检测模块、UFP/DFP/DRP角色控制模块等。CC1和CC2内部各有一个开关，可以连到电流源或通过下拉电阻Rd连接到地。Rd通常为5.1K； 电流源有三种输出可选80uA，180uA，330uA，根据不同的DFP电流输出能力需要选择，同时需要设定不同的上拉电阻Rp，在电流源驱动能力80uA，Rp上拉到4.75-5.5V 时，上拉电阻为56K。      当没有设备插入时，CC上是一个周期性方波，在电流源和下拉到地之间切换。 当有设备插入时，CC会根据外部设备连接的上下拉电阻进行设备检测判别。当检测到上拉电阻Rp，则认为有DFP设备插入，DRP自身转变为UFP设备；当检测到下拉电阻Rd，则有UFP设备插入，DRP自身转变DFP设备。      当插入的TypeC线缆上有芯片时，此时线内部CC接Vconn，用来给线缆里的芯片供电，这时CC端检测到的不是下拉电阻Rd，而是Ra，通常Ra是800欧(上限 1.2K)。

     Type C模拟耳机是通过3.5mm耳机转Type C接头完成的。

具体的Pin脚对应的关系如下表：

D+

右声道

D-

左声道

SBU1

MIC/GND

SBU2

GND/MIC

     转接头内部，当耳机插入时CC1和CC2 脚内部通过电阻Ra下拉到地，其余 pin 脚未使用。当手机作为 DRP 设备检测到CC1&CC2均连接了下拉电阻Ra时， 则认为插入了TypeC模拟耳机。TypeC模拟耳机在按键检测时及正反序耳机检测时与传统 3.5mm耳机检测基本原理相同，都是通过检测MIC上的电压来识别的。       这里主要的区别是在识别成四段反序耳机上，会有一个开关切换，将MIC和GND 的互换。由于Type C耳机会有正插和反插，耳机也有可能是正序和反序，正常的组合有四种：正序正插，正序反插，反序正插，反序反插；但对于手机来说SBU1和SBU2 的状态只有2种，正序正插和反序反插检测到的状态一致，检测为正序，正序反插和反序正插检测到的状态一致，检测为反序。

SBU1

SBU2

检测状态

正序正插

MIC

GND

正序

正序反插

GND

MIC

反序

反序正插

GND

MIC

反序

反序反插

MIC

GND

正序

     当检测到反序时，手里会将开关进行切换，将SBU1与SBU2进行互换，重新识别耳机，这样可支持正反插及不同标准的耳机。

       上图是使用FSA4476模拟耳机开关总体的TypeC模拟耳机框图，实际根据项目需求或多或少有些区别。主要的原理大体相同，Type C连接器通过FSA4476开关连接到 Codec及CC检测模块上。正常情况下TypeC默认功能为USB，当CC Logic识别到插入了模拟耳机后，会通知4476把MIC，地，左右声道接到Type C接口上，切换为模拟耳机功能，之后进行相关耳机检测及相关流程。当耳机拔出时，再将TypeC功能切换至USB功能上，保证拔出后手机 USB 功能正常。

      耳机识别及按键检测原理一样，这里就不重复了。整体的软件流程如下：

      Type C数字耳机内部集成了MCU及Codec，将按键检测及相关功能都集成到了耳机上，通过USB信号与手机通信传输音频信号，使用的Pin脚主要有VBUS，GND，CC1，D+，D-。整体的框图如下：

       这里数字耳机的识别过程与模拟耳机不同，当插入数字耳机后，CC通过5.1K电阻下拉到地，手机侧检测到CC上连的电阻5.1K下拉后，识别为OTG设备。之后再通过一系列动作及耳机USB枚举，识别为数字耳机。这里PD唤醒是通过MCU的 GPIO控制MOS导通及关断对CC1做下拉到地或者上拉到3V实现。

      按键检测与之前模拟耳机按键检测原理相同，通过按键按下，MIC上的电压不同来判别，只是集成在了耳机的Codec上。

     Type C降噪耳机与普通数字耳机检测原理基本相同，只是在耳机的Codec上多出两路左右声道的ANC MIC电路来进行降噪。

     通常降噪耳机是指利用某种方法达到降低噪音的一种耳机。目前降噪耳机有两种分别为：主动降噪耳机和被动降噪耳机。

    主动降噪功能就是通过降噪系统产生与外界噪音相等的反向声波，将噪音中和，从而实现降噪的效果。主动式降噪耳机带有与外界噪声抗衡的降噪电路它们大部分采用体积较大的头戴式设计，可利用耳塞棉和耳机外壳等构造阻挡外界噪声，进行第一轮隔音，同时也为了有充足的空间安装主动降噪电路以及电源。

     被动式降噪耳机主要通过包围耳朵形成封闭空间，或者采用硅胶耳塞等隔音材料来阻挡外界噪声。由于噪声没有经过降噪电路芯片处理，一般只能阻隔高频噪声，对低频噪声降噪效果不明显。 因此我们手机上使用Type C降噪耳机为主动降噪耳机，原理框图如下：

       图中，降噪耳机比普通数字耳机多了左右声道上的ANC MIC R/L，主要的原理是通过ANC MIC R/L检测环境中的噪音，采集MICR和MICL两路噪声信号传至Codec 内部控制电路，进行运算产生与噪音相位相反、振幅相同的声波，进行叠加，最终左右声道输出的为叠加后抵消了噪声的声音信号。