手机的整个音频通路原理

早期的3.5mm耳机只有GND、左、右声道3个引脚，这种耳机接口简单，使用范围广，常见在电脑等大型设备音频接口上，这种接口有个显而易见的缺点，即：没有MIC，不能录音打电话。在电脑上可以单独增加MIC接口，但是在手机这种集成度高的移动设备上，单独增加MIC接口显然不是个高性价比的方案，因此出现了带有MIC的耳机接口。早期各手机厂商都是自由发挥，出现了五花八门的耳机接口，各家厂商的耳机接口又互不兼容，耳机不能共用给消费者带来非常多的苦恼，天下苦杂耳机接口久矣。于是，统一标准的耳机接口亟待出现。

后来就出现了OMTP标准和CTIA标准，二者在链路上主要有MIC和GND的区别，见图5-62。当年遵循OMTP的有鼎鼎大名的诺基亚，我国也选择了OMTP，但一些手机厂商依然选用CTIA，正因为如此，当年很多同学会发现一些3.5mm耳机不兼容。

上图右图是耳机线的链路示意图，耳机有两个小的扬声器作为左、右声道，连接到接头的L和R，耳机上还有MIC可以录音，此外还有3个功能按键，分别是暂停、上一曲和下一曲的功能，不同的按键有不同的串联电阻，可以通过检测电阻来判断具体是哪个按键按下去的，比如当K1按下时，MIC和GND之间是短路的，当K2按下时，MIC和GND之间的电阻是R1。

OMTP和CTIA耳机接口有不匹配的问题，科技的进步一直服务于用户的需求，为了解决OMTP、CTIA的兼容性问题，音频开关开始进入人们的视野，很多手机都会加入音频开关，通路原理见下图(a)和(b)。当耳机插入时，音频开关会检测MIC和GND的顺序然后自动切换MIC和GND通路，不管用什么标准的耳机，不管怎么插，都能够实现二者的兼容。

怎么实现耳机插入检测呢?耳机插座起了重要作用，耳机插座也是分两种，NC(NORMAL CLOSE)和NO(NORMAL OPEN)。NC是常闭，上图(c)中的插座左声道L和DET平时是闭合短接的，如果插入耳机后L和DET就会断开，DET为高电平，以此实现耳机插入检测。NO是常开，(d)中，通常状态下L和DET是断开的，插入耳机后L和DET短接，DET为低电平。手机软件需要根据手机使用的耳机插座进行软硬件配置，来识别耳机插入状态。

现在高端的手机越来越薄，3.5mm耳机接口会占据很大空间，高端手机一般都取消了3.5mm耳机接口，通过TYPE-C口实现耳机、USB和充电功能。用户在使用时有两种耳机可选择，一种是3.5mm传统耳机搭配个3.5mm转TYPE-C的转接头，另一种是直接使用TYPE-C头的耳机。下图左侧是耳机的插座转TYPE-C接口的连接图，其中由于TYPE-C接口支持正反插，因此左右声道不用切换，直接根据TYPE-C D+、D-正反插功能就可以实现。不同标准的耳机MIC和GND顺序不同，手机同时还要兼容TYPE-C接口中MIC和GND的正反插，MIC和GND的切换逻辑就比较复杂，篇幅有限，本文不详细介绍。

TYPE-C口的数据流分两种，一种是音频的，包括左、右声道、MIC和地，另一种是USB的通路，其中左右声道占用了USB的D+、D-引脚，因此需要加入模拟开关对D+、D-和耳机的左右声道进行切换，TYPE-C的CC引脚具有非常重要的功能，可以进行设备识别。上图右侧中，当插入USB数据线进行数据通信时，模拟开关内部切换到DP和DN，USB与AP(CPU)进行数据交换;当插入耳机时，模拟开关切换到L、R，CODEC通过模拟开关来驱动耳机。

有的手机会在TYPE-C的SBU引脚上拉出一根线到CPU串口上，用于研发调试使用，比如可以通过串口抓取手机开机LOG，识别手机状态、快速定位手机异常模块。这个UART串口线如果和MIC共用SBU引脚的话，MIC和UART串口可以通过一个0欧姆的电阻进行区分，在用耳机录音时可能会录进去滋滋的电流音，或者耳机喇叭也有滋滋的电流音，这都是串口引起的，因此在研发阶段要选一些断开UART与SBU(MIC)的手机来测试耳机音频相关内容，并且在量产时删除电阻(把UART和MIC断开)，而且这UART走线也需要注意，UART和MIC连接点距离电阻这一段走线一定要短，见左图中“×”位置，如果这段走线很长，那么即使摘除了电阻，这段长长的走线也会由于天线效应拾取电路上的噪声，容易降低MIC音频性能。

首先是语音信号采集，当你用手机进行通话时，手机内置的麦克风会将你的声音转化为语音信号，这个过程就是声音的采集。采集到的语音信号被传输到手机的数字信号处理器(DSP)进行处理。DSP可以根据编码规则将语音信号转化为数字信号，这个过程就是编码。

接下来是数字信号的传输。数字信号是通过手机内置的无线电模块转化为无线电波信号，并通过天线发射出去。无线电波信号可以传播到几千米的范围内，信号的强弱取决于通讯设备的发射功率和天线的接收灵敏度。

当无线电波信号到达接收端的手机时，经过天线捕捉和放大后，被传输到DSP进行解码。解码将数字信号转化为语音信号，这个过程就是将数字信号还原成语音信号。解码后的语音信号被传输到扬声器，播放出来，完成了整个通话的过程。

值得注意的是，手机通话所使用的电磁波是一个特定的频段，一般为800MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz等。这些频段是由电信运营商分配的，不同的运营商使用的频段不同。因此，如果你使用的手机不支持某个频段，你就无法在该频段的网络中进行通话。

总之，手机通话的原理是利用了电磁波传输信号的特性，将语音信号转化为数字信号，通过无线电波进行传输，再将数字信号还原成语音信号。这个过程需要手机内置的麦克风、数字信号处理器、天线、扬声器等多个部件，才能完成一次通话。在手机通话的过程中，涉及到一系列复杂的技术和科学原理。接下来，我们将逐步解释手机通话的运作机制。

首先，手机通过无线电波进行通信。这些无线电波在频率和振幅上受到调制，以传输语音和数据信息。调制的过程就是将信息编码到无线电波中，使其可以在传输过程中被接收并解码。

手机通过无线电信号连接到移动网络。移动网络由一系列称为基站的设施构成，这些设施负责管理无线通信，并在必要时将信号从一个基站传递到另一个基站。这种传递过程被称为蜂窝通信，它使得手机可以在不同区域之间无缝通信。

在通话过程中，语音信息被手机麦克风捕捉，并转换为电信号。这些电信号然后经过数字信号处理(DSP)芯片的编码，将其转换为数字数据。这个过程被称为模拟信号到数字信号的转换。

然后，这些数字数据被送入移动网络进行传输。在网络中，这些数据会经过各种设备的处理和转发，直到它们到达接收手机。接收手机的DSP芯片将接收到的数字数据进行解码，将其还原为模拟信号。这些模拟信号再被送到手机听筒，转换成声音信号，从而被我们听到。

同时，手机之间也可以通过短信、数据流和互联网连接进行通信。这些通信方式同样依赖于无线电信号的传输和数字信号的处理。

以上就是手机通话的基本原理。在这个过程中，科技的进步和精确的信号处理技术使得我们可以轻松地进行远距离的通信。无论身处何处，只要有移动网络覆盖，我们就可以使用手机进行通话和通信。