早期,3.5mm耳机接口曾是手机上的经典接口,这个老兄曾陪伴我们数年,带给我们欢乐。但现在业已退出时代浪潮,仅有部分低端机型在用。也许某一天,你会怀念由它所带来的那段简单、直接的电声转换过程,那段插着耳机摇头晃脑的青春时光。
我既然以夜枭手机网立派,记录这些逝去的老兄弟亦是我义不容辞的责任。

工作原理
3.5mm耳机是一个将电信号转化为声音的经典音频系统,其接口传输的是模拟信号,而不是0和1构成的数字信号。
如下图,手机内部的关键音频芯片,codec,其内部的数模转换器(DAC),将手机中存储的MP3等音乐文件转换成两路(左、右)连续的、电压高低变化的模拟信号,然后再由codec芯片内部的放大器(小功率耳放)放大,最终被送到3.5mm接口上。

3.5mm耳机类型
3.5mm耳机可分为三段式和四段式两种,两者的区别是三段式无MIC通话功能。两者从外形上很容易区分,看金属环的数目即可。

四段式则又可以继续分为美标(CTIA/NA)和国标(OMTP/EU)两种类型,当前大部分手机使用CTIA,他们的区别如下:
- CTIA/NA,其插头定义从尖端依次是:左声道—右声道—地线—麦克风,是市场上最流行,同时也是保有量最大的耳机类型,苹果、安卓手机、大多数设备都使用此标准。
- OMTP/EU,其插头接线定义从尖端依次是:左声道—右声道—麦克风—地线。在功能机时代,部分老款诺基亚、索尼爱立信手机曾使用过这种标准。

从上图可以看出,二者的区别仅是地线和麦克风的顺序不同。但正因为地线所处位置不同,CTIA和OMTP不能混用,否则地线会无法正常接地,将无法正常出声。
如果OMTP的耳机接到CTIA的手机接口上,就会出现地线接触不良,耳机输出音量很小,按住麦克风上的通话键才能出声的现象。
那么如何区分某四段式耳机是CTIA还是OMTP呢?
虽然外观不容易分辨出来,但我们可以通过万用表测量左/右声道与第三段或第四段之间的阻抗来确认,耳机扬声器线圈阻抗大约为35Ω,你能测到,说明你万用表的一端接了地。
插入检测
以MTK平台为例,它使用中断来检测是否有耳机插入。
如下图所示,是用比较器做的,Vref值可通过软件进行修改,可为2.8V,2.4V,2V,1V。

- 无耳机插入时,Eint脚在手机内部通过470k电阻上拉到2.8V,大于Vref,手机上将无耳机图标显示。
- 当插入耳机后,EINT脚通过耳机接触到了L声道的脚,因L声道在耳机内部存在着几十欧姆的对地阻抗,因此Eint脚的电压值会被分压至小于Vref,此时手机虎躯一震:“哟!来客了!”判为有耳机插入,并显示耳机图标。

线控原理
手机所搭配的四段式立体声耳机,通常还带有控制键,即带有线控功能,可以控制音乐暂停、音量+、 音量-等。

下面是MTK平台四段式耳机控制原理图,其原理是在麦克风线路的基础上,通过按下不同的按键,并联接入不同阻值的电阻,从而改变整个回路的阻抗特征,然后手机内部AUXADC(模数转换器)将其转换为数字信号进行检测和处理。
- 按下Up按钮,相当于并接一个220欧姆电阻,可以实现音量+;
- 按下Mid按钮,相当于被短路,则播放/暂停;
- 按下Down按钮,相当于并接一个510欧姆电阻,可以实现音量-。

3.5mm耳机座
可分为常闭(NC)、常开(NO)两种类型。
- 在NC类型中,未插耳机时,耳机座左声道HPH-L和检测脚HS-DET是接触的,插入耳机后,HS-DET与HPH-L被顶开,成为非接触状态。
- 在NO类型中,未插耳机时,耳机座左声道HPH-L和检测脚HS-DET不接触,插入耳机后,HS-DET与HPH-L导通。
大部分手机耳机座属于NO类型。

总结
随着手机向一体化极简方向的演进,其接口也在进行精简,于是3.5mm耳机功能归一化到了Type-C口,带来的好处是:
- 手机可以做的更轻薄;
- 可以增加手机防水防尘能力,少一个开孔,就少一个进水进尘的门。
- 优化了手机内部的空间,可以放置更大的电池或其它元件。
但也有缺点:
- 有线充电和有线听音乐通常只能二选一,使用Type-C口听歌时,充电口就被占用,“边充边听”需要转接器或无线充电来解决。
- 需要增添音频开关(audio switch)芯片来管理Type-C口上复杂的音频、充电和数据信号的路由,设计变得更复杂。
3.5mm接口的离开,像35岁牛马黯然离开职场一样,没有鲜花,没有掌声。它或许不够有未来感,但它代表了一个即插即用、毫无牵挂、简单纯粹的模拟音频时代。
Yesterday, love was such an easy game to play - The Beatles·《Yesterday》