Een diepgaande analyse van schakelaars en configuraties van audio-jacks

De audio-jack is een standaard connector die naast de gewone audio-connectiviteit vele andere mogelijke toepassingen biedt. Inzicht hebben in de grote verscheidenheid aan beschikbare configuraties, inclusief het aantal geleiders en de schakelaaropties, stelt ontwerpers in staat om alles uit deze vertrouwde, compacte en betrouwbare aansluitoplossing te halen wat er in zit.

De audio-jack van 2,5 mm of 3,5 mm vormt een vertrouwd aanzicht bij smartphones, mediaspelers, hifi-apparatuur en vele andere apparaten. Voor fantasierijke ontwerpers kan een audio-jack meer zijn dan gewoon een handige aansluiting voor een externe luidspreker of een koptelefoon en worden gebruikt voor het aansluiten van uiteenlopende accessoires die andere functies van het apparaat kunnen besturen; een voorbeeld hiervan is een selfie-stick van een smartphone met een ontspanknop voor bediening van de sluiter van een camera. Begrijpen hoe optimaal kan worden geprofiteerd van deze eenvoudige, maar veelzijdige aansluiting begint met een nadere blik op de interne signaalverbindingen en schakelmechanismen.

Audio-jacks zijn beschikbaar als eenvoudige schakelaarloze connectors of kunnen een of meer schakelaars bevatten, die worden geactiveerd door de plug in te steken. Een geschakelde connector is nodig voor toepassingen als het uitschakelen van interne luidsprekers wanneer de koptelefoon wordt ingestoken, om het insteken van een accessoire te detecteren of bij gebruik van een audiomengpaneel. Als een schakelaarloze connector wordt gebruikt, kan de detectie van accessoires worden geïmplementeerd met een speciale IC voor de audio-jack schakelaar. Hoewel deze IC's zorgen voor een verhoging van de materiaal- en ontwikkelingskosten, kunnen ze extra functies bieden, zoals schakelaar-debouncing en detectie van het indrukken van knoppen.

Het gegevensblad voor een bepaalde audio-jack beschrijft de combinaties van beschikbare geleiders en schakelaars en hoe deze moeten worden gespecificeerd. De Same Sky SJ2-2531X-SMT audio-jack is een voorbeeld van een opbouwconnector met laag profiel die beschikbaar is met twee of drie geleiders en kan worden besteld in de volgende configuraties: schakelaarloos, met een schakelaar of met twee schakelaars.

Basisaansluitingen van audio-jacks

Afbeelding 1 toont een schakelaarloze basis-jack met drie geleiders. Stel je voor dat de plug van links naar rechts wordt gestoken, zodat de punt, ring en huls op één in lijn liggen met de overeenkomstige contacten in de jack wanneer de plug volledig is ingestoken.

Afbeelding 1: schakelaarloze basis-audio-jack met drie geleiders. (Bron afbeelding: Same Sky)

Afbeelding 2 toont hoe een schakelaar wordt toegevoegd op positie 2 van de klem, om te worden geactiveerd door de punt van de plug. Het gegevensblad verwijst hiernaar als een tipschakelaar. Een dergelijke schakelaar kan ook op de ringklem worden aangebracht. Later zullen we zien hoe jacks met meerdere ringen complexe schakelaar-arrays kunnen ondersteunen.

Afbeelding 2: audio-jack met drie geleiders met tipschakelaar. (Bron afbeelding: Same Sky)

Op afbeelding 2 zullen, wanneer er geen plug is ingestoken, klem 2 en klem 10 in contact zijn zodat de schakelaar wordt geclassificeerd als normaal gesloten. Wanneer de plug geheel is ingestoken en de punt in contact komt met klem 2, wordt de veerconnector naar achteren gedrukt en wordt het circuit tussen klemmen 10 en 2 geopend.

Meer complexe configuraties

Afbeelding 3 toont hoe extra geleiders en schakelaars kunnen worden aangebracht. Het aantal en de posities van ringgeleiders op de plug moeten uiteraard overeenstemmen met de contacten in de aansluiting om de schakelaars in overeenstemming met de verwachte sequens te activeren.

Afbeelding 3: plug en aansluiting met vier geleiders met een tip- en twee ringschakelaars. (Bron afbeelding: Same Sky)

Tot nu toe waren de beschreven schakelaars eenvoudige schakelaars van het normaal gesloten type Er zijn echter ook andere configuraties beschikbaar, zoals normaal open, Singe Pull Double Throw (SPDT), en Double Pole Double Throw (DPDT) (Afbeelding 4). Deze schakelaars kunnen van de audiosignalen worden geïsoleerd, zodat ze kunnen worden gebruikt om verschillende andere circuits aan te sturen.

Afbeelding 4: alternatieve schakelaarconfiguraties. (Bron afbeelding: Same Sky)

Een aantal praktische voorbeelden

De geboden connectorconfiguraties geven ontwerpers vele keuzemogelijkheden voor uiteenlopende functies: signaal-schakeling, insteek-detectie en systeembesturing. Belangrijke voorbeelden zijn onder meer het omschakelen van audio tussen luidsprekers en koptelefoon, zoals op Afbeelding 5 is getoond, het insteken van stekkers en het besturen van andere delen van het circuit die afhankelijk zijn van de audiosignalen.

Afbeelding 5: audio omschakelen tussen luidsprekers en koptelefoon. (Bron afbeelding: Same Sky)

In het eerste schema van Afbeelding 5 wordt de audio afgespeeld via de ingebouwde luidspreker wanneer er geen koptelefoonplug is ingestoken. De connector bevat tip- en ringschakelaars die open gaan wanneer de plug wordt ingestoken, zoals in het tweede schema te zien is. Hierdoor wordt de audiobron afgekoppeld van de luidspreker terwijl op hetzelfde moment de koptelefoon met het circuit wordt verbonden.

Afbeelding 6 toont hoe een normaal gesloten tipschakelaar wordt gebruikt om het insteken van de plug te detecteren en een waarschuwingslampje in te schakelen.

Afbeelding 6: een tipschakelaar gebruiken om het insteken van een plug te detecteren. (Bron afbeelding: Same Sky)

De op Afbeelding 7 getoonde connector bevat een SPDT-schakelaar die wordt gebruikt om het apparaat tussen twee werkingsmodi om te schakelen door de plug in te steken of weg te halen. De connector bevat gewone tip- en ringcontacten, maar de klemmen 4-6 zijn geïsoleerd van de audiosignalen op de klemmen 1-3. Wanneer er geen plug is ingestoken, zijn de klemmen 4 en 5 verbonden. Door de plug in te steken worden de klemmen 4 en 5 geopend, en in plaats hiervan de klemmen 5 en 6 verbonden. Deze omschakeling kan worden gebruikt om het hoofdsysteem van de ene werkingsmodus naar de andere te switchen.

Afbeelding 7: de audio-jack gebruiken om tussen werkingsmodi van het apparaat om te schakelen. (Bron afbeelding: Same Sky)

Conclusie

De standaard audio-jack is compact van formaat en veelzijdig en is praktisch, betrouwbaar en gemakkelijk te begrijpen voor ontwerpers en apparaatgebruikers. Ook wanneer ze slechts over een zeer bescheiden kennis van de verschillende mogelijke functies beschikken, kunnen ontwerpers jacks uitbuiten om extra functies te ondersteunen in nieuwe producten waarvoor anders nog meer discrete schakelaars of accessoire-aansluitingen zouden moeten worden toegevoegd. Op deze manier kan een slim gebruik van audio-jacks materiaalkosten besparen, het hardware-ontwerp vereenvoudigen en de time-to-market versnellen voor geüpdate producten die nieuwe functies bieden.

Het audioconnector-assortiment van Same Sky omvat jacks en pluggen van 2,5 mm en 3,5 mm met verschillende configuraties en schakelaartypes. Er worden technologieën voor zowel opbouwmontage als through-hole aangeboden, alsmede een selectie van waterbestendige connectors (IP67). Ook zijn er passende pluggen van 2,5 mm en 3,5 mm beschikbaar, voor kabelmontage en through-hole configuraties.