探索TS3A225E：一款出色的音頻耳機開關(guān)設(shè)備

在當(dāng)今的電子設(shè)備中，音頻功能變得越來越重要。無論是手機、平板電腦還是筆記本電腦，都需要高質(zhì)量的音頻輸入輸出。而TS3A225E作為一款音頻耳機開關(guān)設(shè)備，為音頻系統(tǒng)提供了可靠的解決方案。今天我們就來深入了解一下它。

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一、TS3A225E 產(chǎn)品概述

（一）關(guān)鍵特性

TS3A225E具有一系列引人注目的特性。其電源電壓范圍在 2.7 V 至 4.5 V 之間，這使得它能夠適應(yīng)多種不同的電源環(huán)境。采用了先斷后合的立體聲插孔開關(guān)設(shè)計，確保在切換過程中不會出現(xiàn)音頻信號的干擾。對于接地 FET 開關(guān)的導(dǎo)通電阻，WCSP 封裝為 70 mΩ，QFN 封裝為 100 mΩ，低導(dǎo)通電阻有助于減少信號傳輸過程中的損耗。 它還能自主檢測 GND 和 MIC 連接，檢測可由 I2C 或外部觸發(fā)引腳觸發(fā)，并且具備與 HDA 兼容的 MIC 存在指示器。支持 1.8V 兼容的 (I^{2}C) 開關(guān)控制，方便與其他設(shè)備進行通信。在 ESD 性能方面，通過了 JESD 22 標(biāo)準(zhǔn)測試，人體模型可達 2000 - V，帶電設(shè)備模型可達 500 - V，SLEEVE、RING2、TIP 引腳的接觸放電可達 ±8 - kV，這為設(shè)備提供了良好的靜電防護能力。

（二）應(yīng)用領(lǐng)域

該設(shè)備廣泛應(yīng)用于手機、平板電腦和筆記本電腦等設(shè)備中。在這些設(shè)備中，它可以準(zhǔn)確地檢測耳機麥克風(fēng)的存在和極性，并自動將系統(tǒng)模擬麥克風(fēng)引腳連接到合適的音頻插孔，為用戶提供清晰、穩(wěn)定的音頻體驗。

二、TS3A225E 的技術(shù)細(xì)節(jié)

（一）封裝與引腳

TS3A225E 提供了兩種封裝選項：YFF - WCSP 和 RTE - QFN。不同的封裝在尺寸、引腳排列等方面有所不同。

• YFF - WCSP 封裝：尺寸為 1.56mm x 1.56mm（± 0.03mm），凸塊尺寸為 0.25mm，凸塊間距為 0.4mm。引腳功能包括時鐘、數(shù)據(jù)、電源、接地、檢測觸發(fā)等多種功能。例如，SCL 和 SDA 用于 I2C 通信，DET_TRIGGER 用于觸發(fā)檢測序列。
• RTE - QFN 封裝：尺寸為 3 mm x 3 mm，間距為 0.5 mm。同樣具備各種必要的引腳來實現(xiàn)設(shè)備的功能，如 SCL、SDA 用于 I2C 通信，MICp 和 MICn 用于麥克風(fēng)信號的傳輸。

（二）電氣特性

1. 電壓與電流參數(shù)

在輸入電壓范圍方面，VDD 為 2.7 至 4.5 V，IDD 靜態(tài)電流在 VMIC = 1.8 V 至 VDD 時為 8 至 10 μA。這些參數(shù)決定了設(shè)備的功耗和工作范圍，確保設(shè)備在不同的電源條件下都能穩(wěn)定工作。

2. 開關(guān)電阻與泄漏電流

開關(guān)電阻方面，不同封裝的 FET 開關(guān)導(dǎo)通電阻不同，如 WCSP 封裝的 FET1 導(dǎo)通電阻為 70 mΩ，QFN 封裝在特定條件下為 100 mΩ。開關(guān)泄漏電流也有明確的規(guī)定，如在特定電壓和輸出條件下，F(xiàn)ET1 和 FET2 關(guān)斷泄漏電流為 1 μA。這些參數(shù)對于保證音頻信號的傳輸質(zhì)量至關(guān)重要，低導(dǎo)通電阻和泄漏電流可以減少信號的衰減和失真。

3. 動態(tài)特性

在動態(tài)特性方面，電源抑制比在不同頻率下有不同的表現(xiàn)，如在 217 Hz 時為 - 100 dB，1 kHz 時為 - 80 dB，20 kHz 時為 - 50 dB。隔離度和分離度也有相應(yīng)的指標(biāo)，如 SLEEVE_SENSE 或 RING2_SENSE 到 MICP 的隔離度在 20 kHz 時為 - 100 dB，SLEEVE_SENSE 到 RING2_SENSE 的分離度在 20 kHz 時為 - 60 dB。總諧波失真在不同信號幅度和頻率下也有規(guī)定，如在 20 - 20 kHz、V = 200mVPP 時為 0.002 %，V = 500mVPP 時為 0.003 %。這些動態(tài)特性直接影響音頻信號的質(zhì)量，良好的電源抑制比和隔離度可以減少外界干擾，低總諧波失真可以保證音頻信號的純凈度。

（三）I2C 接口時序要求

TS3A225E 的 I2C 接口在不同模式（標(biāo)準(zhǔn)模式和快速模式）下有不同的時序要求。例如，在標(biāo)準(zhǔn)模式下，I2C 時鐘頻率范圍為 0 至 100 kHz，時鐘高時間為 4 μs，時鐘低時間為 4.7 μs 等。了解這些時序要求對于工程師進行 I2C 通信的設(shè)計和調(diào)試非常重要，確保設(shè)備能夠與其他 I2C 設(shè)備正常通信。

三、TS3A225E 的工作原理與操作

（一）一般工作原理

TS3A225E 主要用于檢測連接到耳機的麥克風(fēng)的存在和極性。當(dāng)檢測到麥克風(fēng)時，它會自動將系統(tǒng)模擬麥克風(fēng)引腳連接到合適的音頻插孔，并將系統(tǒng)麥克風(fēng)接地連接到正確的插孔。檢測序列可以通過 I2C 命令或外部觸發(fā)檢測（DET_TRIGGER）引腳啟動。同時，自動路由功能可以通過 I2C 命令禁用，并且所有開關(guān)都可以通過 I2C 寄存器手動控制。

（二）外部引腳連接

1. 硬件模式

在非 I2C 系統(tǒng)中，SCL 和 SDA 引腳應(yīng)直接連接到 VDD，I2C_ADDR_SEL 引腳接地，/MIC_Present 引腳可用于讀取麥克風(fēng)檢測狀態(tài)，DET_TRIGGER 引腳需要手動置高以啟動檢測序列。

2. I2C 模式

在 I2C 系統(tǒng)中，SCL 和 SDA 引腳應(yīng)連接到相應(yīng)的 I2C 總線，I2C_ADDR_SEL 引腳用于修改設(shè)備的 I2C 地址以避免地址沖突，/MIC_Present 引腳在檢測到麥克風(fēng)時會被拉低，并且可以作為 I2C 寄存器更新的中斷信號，DET_TRIGGER 引腳可以通過 I2C 寄存器或外部引腳觸發(fā)檢測序列。

（三）麥克風(fēng)相關(guān)功能

1. 麥克風(fēng)存在指示

當(dāng)檢測到插入的音頻立體聲插孔上有麥克風(fēng)時，TS3A225E 會將 /MIC_PRESENT 引腳拉低，并在 (I^{2}C) 寄存器中指示麥克風(fēng)的存在。該引腳是開漏輸出，最大導(dǎo)通電阻為 25 Ω，與 HDA 標(biāo)準(zhǔn)兼容。同時，該引腳還可以在 I2S 系統(tǒng)中用作中斷標(biāo)志，并且可以通過 I2C 進行編程。

2. 麥克風(fēng)極性檢測

TS3A225E 能夠自動檢測麥克風(fēng)的極性，在各種常見的連接場景下都能準(zhǔn)確檢測，如 TIP_SENSE 引腳連接到不同類型的放大器。但需要注意的是，在檢測序列期間，TIP 或 RING1 不應(yīng)傳輸音頻信號，否則可能會影響檢測結(jié)果。同時，對于帶有發(fā)送/結(jié)束功能的耳機，在插入時不要按住發(fā)送/結(jié)束按鈕，以免導(dǎo)致麥克風(fēng)檢測不準(zhǔn)確。

（四）開關(guān)手動控制

除了默認(rèn)的全自動切換模式外，TS3A225E 的開關(guān)還可以手動控制。具體步驟如下：

1. 通過將 CTRL3 中的 AUTO_SW_DIS 設(shè)置為 1 來禁用自動切換。
2. 通過將 CTRL3 中的 I2C_INT 寄存器設(shè)置為 1，將 /Mic_present 位更改為 I2C 中斷。
3. 通過置位 DET_TRIGGER 寄存器或 DET_TRIGGER 外部引腳來初始化檢測。檢測后，DAT1 寄存器存儲檢測結(jié)果，可以讀取這些結(jié)果以獲取耳機信息。由于自動切換已被禁用，檢測后 CTRL1 將保持在隔離模式 ‘000’。
4. 通過使用 CTRL1 中的預(yù)設(shè)模式之一（‘010’ 到 ‘110’）手動控制開關(guān)，或者將 CTRL1 的模式更改為 ‘111’ 以根據(jù) CTRL2 寄存器設(shè)置單獨控制每個開關(guān)。通過將 CTRL3 寄存器的 b4 設(shè)置為 ‘1’，可以手動將 /MIC_PRESENT 引腳拉低。

（五）I2C 通信操作

1. 寫入操作

數(shù)據(jù)傳輸?shù)?TS3A225E 時，首先發(fā)送設(shè)備從地址并將 LSB 設(shè)置為邏輯 0，然后發(fā)送命令字節(jié)，該字節(jié)決定哪個寄存器接收后續(xù)的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)在 ACK 時鐘脈沖的上升沿寫入指定的寄存器。有重復(fù)數(shù)據(jù)寫入單個寄存器和突發(fā)數(shù)據(jù)寫入多個寄存器兩種寫入模式。

2. 讀取操作

總線主設(shè)備首先發(fā)送 TS3A225E 從地址，LSB 設(shè)置為邏輯 0，發(fā)送命令字節(jié)確定要訪問的寄存器。然后重新啟動，再次發(fā)送設(shè)備從地址，但這次 LSB 設(shè)置為邏輯 1，TS3A225E 發(fā)送由命令字節(jié)定義的寄存器中的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)在 ACK 時鐘脈沖的上升沿時鐘進入 SDA 輸出移位寄存器。有重復(fù)數(shù)據(jù)讀取單個寄存器和突發(fā)數(shù)據(jù)讀取多個寄存器等不同的讀取模式。

四、TS3A225E 的應(yīng)用信息

（一）耳機配置與檢測

目前市場上有兩種不同的耳機連接器配置：TRS 和 TRRS。TRRS 又分為標(biāo)準(zhǔn)和 OMTP 兩種類型，它們的 GND 和麥克風(fēng)帶的位置不同。TS3A225E 通過一系列阻抗檢測步驟來檢測這些配置，并在檢測結(jié)果可用后自動將麥克風(fēng)線連接到合適的引腳，同時將系統(tǒng)麥克風(fēng)接地連接到正確的插孔，從而實現(xiàn)使用單個通用耳機插孔接受兩種類型麥克風(fēng)耳機的功能。

（二）參考電路與組件建議

提供了一個推薦的參考電路，用于連接 TS3A225E 在音頻組合插孔和音頻 CODEC 之間。同時，還列出了系統(tǒng)中建議使用的無源組件，如電容、電阻和鐵氧體磁珠等。這些組件的選擇和配置對于保證設(shè)備的性能至關(guān)重要，例如電容可以起到濾波和耦合的作用，電阻可以調(diào)整信號的幅度和分壓，鐵氧體磁珠可以過濾高頻噪聲。

（三）詳細(xì)應(yīng)用建議

1. 檢測序列啟動

為了正確啟動 TS3A225E 的檢測序列，DET_TRIGGER 引腳需要正確配置。檢測由該引腳的低到高轉(zhuǎn)換觸發(fā)，可以通過硬件自動配置，例如使用特定的音頻插孔，將引腳 5 連接到 VDD，引腳 6 通過 100k 電阻連接到 GND。同時，建議在 DET_TRIGGER 引腳添加 R 和 C 以平滑低到高的轉(zhuǎn)換，C1 建議大于 1uF，R1 的默認(rèn)值可以從 1kΩ 開始調(diào)整。

2. 功能實現(xiàn)與引腳連接

DET_TRIGGER 信號可以用于實現(xiàn)音頻 CODEC 的耳機檢測（HP_JD）功能，通過與 MOSFET 一起使用，該引腳可以連接到音頻 CODEC 的 HP_JD 引腳以指示耳機已插入。MIC_PRESENT 引腳在檢測到麥克風(fēng)時會被拉低，可以直接連接到 CODEC 的 MIC_JD 引腳以指示系統(tǒng)有麥克風(fēng)連接。SLEEVE 和 RING2 引腳應(yīng)使用低阻抗走線連接到實際的耳機插孔，SLEEVE_SENSE 和 RING2_SENSE 可以使用較窄和較高阻抗的走線。TIP_SENSE 引腳連接到音頻耳機的左聲道，建議在左右聲道路徑上使用鐵氧體磁珠過濾高頻噪聲。電源引腳建議使用并行的 10uF 和 1uF 標(biāo)準(zhǔn)去耦電容來去除電源軌上的噪聲。SDA/SCL 引腳連接到 MCU 的 I2C 接口，ADDR_SEL 引腳用于更改設(shè)備的從地址，不需要時可以接地。

（四）特殊問題處理

1. 慢耳機插入問題

在實際應(yīng)用中，用戶可能會緩慢插入耳機，這可能會導(dǎo)致 TS3A225E 的檢測機制出現(xiàn)問題。為了緩解這個問題，可以采取以下措施：選擇合適的音頻插孔，確保 DET_TRIGGER 引腳的轉(zhuǎn)換在耳機完全插入后發(fā)生；在 DET_TRIGGER 引腳引入 RC 延遲，推薦 C1 > 1uF，R1 的默認(rèn)值為 1kΩ；利用 TS3A225E 內(nèi)置的 120ms 延遲，在 DET_TRIGGER 引腳的低到高轉(zhuǎn)換后，延遲 120ms 再開始阻抗檢測序列。

2. 電源噪聲問題

在 ACPI 兼容的計算機系統(tǒng)中，如果用戶在系統(tǒng)進入低功耗狀態(tài)時將揚聲器（帶放大器）插入音頻插孔，可能會聽到噪聲干擾。這是因為在 G1 到 G3 模式下，TS3A225E 的 VDD 電源斷開，兩個接地 FET 開關(guān)默認(rèn)打開，接地返回路徑線變?yōu)楦訝顟B(tài)，長的揚聲器線會拾取空氣中的隨機信號并輸出噪聲。為了解決這個問題，推薦使用特定的電路，通過 RTC_VCC 電源將 SLEEVE 引腳拉低到 GND，從而建立揚聲器的接地返回路徑，消除噪聲。

五、總結(jié)

TS3A225E 是一款功能強大、性能可靠的音頻耳機開關(guān)設(shè)備。它具有多種先進的特性和功能，能夠適應(yīng)不同的應(yīng)用場景。在實際設(shè)計中，工程師需要深入了解其技術(shù)細(xì)節(jié)、工作原理和應(yīng)用建議，合理選擇封裝和引腳連接方式，注意處理特殊問題，才能充分發(fā)揮其優(yōu)勢，為音頻系統(tǒng)設(shè)計提供高質(zhì)量的解決方案。大家在實際使用中有沒有遇到過關(guān)于 TS3A225E 的有趣問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。