Схема наушник для iphone

Распиновка наушников: виды разъемов и штекеров гарнитур

Покупка дорогих проводных наушников – не гарантия, что провод прослужит долгие годы. Даже качественно собранная гарнитура не отличается надёжностью в месте пайки провода к драйверам, пульту управления или разъёма (штекера, гнезда). Это слабые места любого меломанского аксессуара, который приходится чинить самостоятельно. Без знания, что собой представляет распиновка наушников, ремонт удастся вряд ли за исключением случаев, когда необходимо соединить один или пару разорвавшихcя контактов.

Общепринятое понятие схема распайки наушников (распиновка, разводка) – описание назначения контактов для их идентификации; требуется в случае ремонта и сборки устройства, представляется в виде чертежа, рисунка, таблицы. Представляет собой описание назначения, функции каждого контакта.

В бытовой сфере названия цоколёвка и распиновка – синонимы, однако в радиоэлектронике это – близкие по значению слова, но не взаимозаменяемые. Распиновка – описание функций контактов (составляющих частей разъёмов – выводов). Цоколёвка – описание назначения контактов (распиновка) в соответствии с их нумерацией. Применяется при монтаже радиоэлементов на печатную плату.

Какие бывают разъёмы для наушников

Схема пайки наушников зависит от штекера, используемого для соединения гарнитуры с компьютером или мобильным гаджетом. В качестве коннектора применяются TRS-разъёмы, также называемые джеками. Они представлены заострённым концом в виде конуса (Tip), переходящим в гильзу (Sleeve) с одним, несколькими кольцами в виде цилиндров (Ring) или без них. Кольца друг от друга и от гильзы отделяются слоем полимерного изоляционного материала.

В зависимости от габаритов коннектора разъёмы для наушников разделяют на:

• 2,5 мм – micro-jack – с соответствующим диаметром, применяется в мобильных устройствах от Apple;
• 3,5 мм – mini-jack –распространённый в компьютерах, телевизорах, портативных устройствах;
• 6,35 мм (1/4”) – jack – применяется в профессиональной (студийной) звукозаписывающей технике (усилители, музыкальные инструменты);
• USB-интерфейс – явление редкое, такие устройства предпочитают киберспортсмены из-за ряда элементов управления;
• XLR – коннектор для профессионального звукового оборудования;
• Lightning – оснащается «Яблочная» техника для вывода несжатого звука.

В принципе, благодаря переходникам любые наушники можно подключить к стандартному джеку 3,5 мм.

3,5-мм разъёмы отличаются количеством контактов или пинов (пин – от англ. pin) в виде колец:

• двухпиновый или TS – двухполюсник с переходом на стерео, стал не актуальным;
• трёхпиновый или TRS – распространён в колонках и наушниках для мобильников, плееров, ноутбуков, дополнительный контакт служит для раздельной трансляции аудио для каждого уха;
• четырёхконтактный или TRRS – применяется в гарнитурах, четвёртый контакт нужен для микрофона;
• пятиконтактный или TRRRS – распространён слабо, преимущественно в гарнитурах с шумоподавлением.

Как определить размер разъёма для наушников

Диаметр разъёма или штекера большинство пользователей способны определить визуально, ведь преимущественное большинство устройств оснащаются разъёмом 3,5 мм. Если диаметр штекера в вашем устройстве меньше привычного, значит это 2,5-мм джек, если используете профессиональное оборудование или музыкальный инструмент с разъёмом увеличенного диаметра – наверняка это 6,35-мм коннектор. Отличить джек от Lightning и USИ труда не составит.

Неопытные пользователи стоит воспользоваться измерительным устройством, например, штангенциркулем, хотя отличие в 1 мм покажет и школьная линейка.

Как устроены наушники: схема

Классическая электрическая схема подключения наушников показана ниже.

Левый аудиоканал подключается к концу (Tip), правый – к первому кольцу (Ring), масса – к гильзе (Sleeve).

В высококачественных моделях, например, Sennheiser, Sony и JBL применяется отдельная масса для каждого динамика (на схеме – это общий контакт). Ведущие к наушникам провода представлены центральной жилой, экранированной плетёным кабелем. В зависимости от схемы устройство может не работать с компьютером или смартфоном на Андроид (Xiaomi, Самсунг).

Если центральная жила изолирована лаковым покрытием, куда иногда добавляются волокна шёлковой нитки (повышает устойчивость к растяжению, излому), потребуется легкоплавкий припой и специальный флюс – ремонт без навыков обращения с паяльником будет сложным и не всегда качественным.

Как устроен разъем для наушников

Распиновка разъёма для подключения наушников (на примере TRS) зеркальна цоколёвке штекера (схема показана ниже ).

Для коннектора с микрофоном TRRS (применяется для гарнитуры) распиновка следующая.

Как устроен штекер для наушников

Если кабель перетёрся, порвался или оторвался штекер (штырек), устройство ремонтируется с помощью паяльника с расходниками и нового разъёма (если проблема в нём).

Наушники 3,5 мм

Так как 3,5-мм разъёмы неразборные, для ремонта придётся купить разборной, обжать кабель специальным хомутом, распаять контакты по показанной ниже схеме и собрать коннектор.

строение штекера 3,5 мм

Производители придерживаются стандартов в окраске изоляции:

• красный – левый динамик – первый контакт или кончик;
• зелёный – правый канал или кольцо;
• синий – спикер;
• бесцветный или медного цвета – масса;
• иной цвет – ведёт к панели управления (кнопкам).

В моделях подороже масса может быть у каждого канала свой: красно-медный – масса для левого канала, а зелёно-медный – для правого. Микрофонный кабель иногда экранируется плетёным кабелем, лакируется.

Раскраска изоляции нередко нарушается, поэтому ориентироваться на окраску – неправильно. Для определения, какой контакт какому каналу соответствует, наденьте наушники и прозванивайте все комбинации проводов поочерёдно, пока динамик не начнёт шуметь. Так можно определить массу и оба канала.

Сопротивление между наушниками вдвое больше, чем между «землёй» и аудиоканалом.

Схема наушников с микрофоном

Для гарнитуры схематичный рисунок выглядит иначе, ведь она устроена по-другому – снабжена дополнительным кабелем для передачи звука с микрофона.

Заметили, что на схемах за массу и микрофон отвечают разные контакты? Ничего странного. Предусмотрена пара типов (спецификаций) TRRS с различным расположением массы и микрофонного контакта. В CTIA (компьютерный стандарт) второе кольцо (третий контакт) подключено к общему контакту, а гильза – к микрофону, в случае с OMTP (телефонная спецификация) наоборот: 3-й контакт – спикер, 4-й – масса.

Стандарты актуальны только для гарнитуры – наушники с микрофоном, к устройствам без него отношения не имеют.

Стандарты актуальны только для гарнитуры – наушники с микрофоном, к устройствам без него отношения не имеют.

Заметили, что часть гарнитур с iPhone работает адекватно. Отказывает микрофон, не функционирует регулятор громкости и переключение треков из-за того, что большинство аксессуаров выпускается с международной распиновкой OMPT, а Apple использует американскую схему – CTIA. Проблема решается приобретением переходника CTIA – OMPT (см. рисунок №1) или перепайкой 3-го и 4-го контактов (их меняют местами) в гарнитуре.

Распиновка наушников позволит правильно припаять выводы в процессе ремонта устройства, например, замены повреждённого штекера или кабеля. Она зависит от количества контактов и применяемой спецификации: CTIA или OMPT.

Источник

Как устроен Apple Lightning

Это моя маленькая статья с описанием (почти) всего, что я знаю об интерфейсе Apple Lightning и связанных с ним технологиях: Tristar, Hydra, HiFive, SDQ, IDBUS и др. Но сначала маленькое предупреждение…

Читайте эту статью на свой страх и риск! Информация основана на большом количестве внутренних материалов AppleInternal (утечка данных, схем, исходных кодов), которые я прочёл по диагонали. И, конечно, на моих собственных исследованиях. Должен предупредить, что я никогда раньше не проводил подобных исследований. Таким образом, эта статья может использовать неправильные или просто странные термины и оказаться частично или полностью неправильной!

Прежде чем углубиться, давайте кратко разберёмся в терминах:

Что такое Lightning?

Lightning — это цифровой интерфейс, используемый в большинстве устройств Apple iOS с конца 2012 года. Он заменил старый 30-контактный разъём.

На картинке выше гнездо разъёма, а на картинке ниже его распиновка:

Пожалуйста, обратите внимание, что в разъёме контакты с обеих сторон коннектора не соединены в одном и том же порядке. Таким образом, хост-устройство должно определить ориентацию кабеля, прежде чем что-то делать.

Хотя это не всегда так. У многих аксессуаров Lightning, которые мне попадались, в разъёмах зеркальная распиновка.

Что такое Tristar и Hydra?

Tristar — это интегральная схема, встроенная в каждое устройство с гнездом разъёма Lightning. По сути, это мультиплексор:

Кроме всего прочего, его основная цель состоит в том, чтобы соединяться со штекерным разъёмом Lightning, как только он подключён — определять ориентацию, Accessory ID и надлежащим образом маршрутизировать внутренние интерфейсы, такие как USB, UART и SWD.

Hydra — это новый вариант Tristar, используемый начиная с iPhone 8/X. Видимо, наиболее существенным изменением является поддержка беспроводной зарядки, но это ещё предстоит проверить:

Мне известны пять основных вариантов Tristar/Hydra:

• TI THS7383 — Tristar первого поколения в iPad mini 1 и iPad 4
• NXP CBTL1608A1 — Tristar первого поколения в iPhone 5 и iPod touch 5
• NXP CBTL1609A1 — таинственный Tristar первого поколения в iPod nano 7 — источник
• NXP CBTL1610Ax — TriStar второго поколения, используется начиная с iPhone 5C/5S и, по-видимому, во всём остальном, что не поддерживает беспроводную зарядку. Существует несколько поколений (x — номер поколения)
• NXP CBTL1612Ax — Hydra используется с iPhone 8/X и, видимо, во всём остальном, что поддерживает беспроводную зарядку. Существует несколько поколений (x — номер поколения)

С этого момента я буду использовать только термин TriStar, но имейте в виду, что он также означает Hydra, поскольку они очень похожи в большинстве аспектов, которые будут рассмотрены в этом тексте.

Что такое HiFive?

HiFive — это дочерний интерфейс Lightning, то есть штекерный разъём. Он также содержит логический элемент — этот чип известен как SN2025/BQ2025.

Что такое SDQ и IDBUS?

Эти два термина часто считают своего рода синонимами. Для удобства я буду использовать только термин IDBUS, так как он кажется мне более правильным (и именно так технология называется в спецификации THS7383).

Итак, IDBUS — это цифровой протокол, используемый для коммуникации между Tristar и HiFive. Очень похож на протокол Onewire.

Теперь можем начать

Давайте прослушаем коммуникации Tristar и HiFive. Возьмите логический анализатор, переходную плату Lightning с соединением для гнезда и штекерного разъёма, какой-нибудь аксессуар (обычный кабель Lightning-to-USB отлично подойдёт) и, конечно, какое-нибудь устройство с портом Lightning.

Сначала подключите каналы логического анализатора к обеим линиям ID переходной платы (контакты 4 и 8) и подключите плату к устройству, но пока не подключайте аксессуар:

Сразу после этого начните выборку (подойдёт любая частота от 2 МГц и выше). Вы увидите что-то вроде этого:

Как видете, Tristar опрашивает каждую линию ID по очереди — одну за другой. Но поскольку мы не подключили никакого аксессуара, опрос явно провалился. В какой-то момент устройство устанет от этого бесконечного потока отказов и остановит его. А пока давайте разберёмся, что именно происходит во время опроса:

Сначала мы видим длинный интервал (около 1,1 миллисекунды), когда просто уровень высокий, но больше ничего не происходит:

Видимо, это время используется для зарядки внутреннего конденсатора HiFive — энергия от него будет затем использоваться для питания внутренних логических чипов.

Гораздо интереснее то, что происходит потом:

Очевидно, это поток каких-то данных. Но как его интерпретировать? Как расшифровать? Давайте виртуально разделим его на минимальные значимые части — то, что я называю словами:

По сути слово — это сочетание падения-подъёма-падения:

• Содержательный этап — интервал, который определяет значение слова
• Этап восстановления — интервал, который, видимо, требуется для обработки содержательной стадии на стороне получателя и/или для подготовки следующего слова на стадии отправки

Вот таблица известных слов с их интервалами для обоих этапов, которые мы обсуждали выше (все единицы измерения в микросекундах):

Содержание			Восстановление
Слово	Min	Typ	Max	Min	Typ
BREAK	12	14	16	2.5	4.5
WAKE	22	24	27	1100?
ZERO	6	7	8	3
ONE	1	1.7	2.5	8.5
ZERO и STOP*	6	7	8	16
ONE и STOP*	1	1.7	2.5	21

* STOP используется, когда это последний бит в байте

Используя приведённую выше таблицу теперь мы можем построить простой декодер протокола:

Как видите, сначала хост посылает BREAK — когда Tristar хочет отправить новый запрос, хост всегда начинает с этого слова. Затем наступает этап передачи данных. Пожалуйста, обратите внимание, что у последнего (8-го) бита в байте более длительный этап восстановления. Когда этап передачи данных заканчивается, хост отправляет ещё один BREAK. Затем дочернее устройство должно отправить ответ (после задержки не менее 2,5 микросекунд — см. таблицу). Tristar будет ждать ответа около 2,2 мс. Если ответ не выдан в этот промежуток времени, Tristar попытается опросить другую линию ID.

Теперь давайте рассмотрим этап данных на примере выше — 0x74 0x00 0x02 0x1f :

• 0x74 — тип запроса/ответа. Всегда чётный для запроса и нечётный для ответа (тип запроса +1)
• 0x00 0x02 — фактические данные. Может быть пустым
• 0x1f — это CRC8 как байта типа запроса, так и всех данных (полином — 0x31, начальное значение — 0xff)

Давайте подключим к нашей установке какой-нибудь аксессуар и посмотрим, что произойдёт. Я буду использовать оригинальный кабель Lightning-to-USB от Apple:

И вот что появляется на IDBUS после запроса 0x74:

HiFive ответил! И если вы прокрутите дальше, то увидите много других пар запрос/ответ:

Некоторые запросы не нуждаются в ответе:

Интерпретация запросов и ответов IDBUS

Самый важный запрос IDBUS — это 0x74, он используется для двух целей: чтобы приказать HiFive включить полное напряжение и силу тока (в случае, если оно поддерживается аксессуаром), спросить его о конфигурации контактов, которые поддерживаются кабелем, и некоторых других метаданных.

О том, как кодируются данные ответа 0x75, известно не так уж много. Но некоторые биты доступны в старой спецификации Tristar:

Первый байт данных ответа 0x75

7	6	5	4	3	2	1	0
ACCx		Dx		DATA[43:40]

ACCx[1:0]	ACC1	ACC2	HOST_RESET
00	Hi-Z (IDBUS)	Hi-Z	Hi-Z
01	UART1_RX	UART1_TX	Hi-Z
10	JTAG_DIO	JTAG_CLK	Hi-Z
11	Hi-Z	Hi-Z	HIGH

ACCx[1:0]	ACC1	ACC2	HOST_RESET
00	Hi-Z	Hi-Z (IDBUS)	Hi-Z
01	UART1_RX	UART1_TX	Hi-Z
10	JTAG_DIO	JTAG_CLK	Hi-Z
11	Hi-Z	Hi-Z	HIGH

Dx[1:0]	DP1	DN1	DP2	DN2
00	Hi-Z	Hi-Z	Hi-Z	Hi-Z
01	USB0_DP	USB0_DN	Hi-Z	Hi-Z
10	USB0_DP	USB0_DN	UART1_TX	UART1_RX
11	Hi-Z	Hi-Z	Hi-Z	Hi-Z

Dx[1:0]	DP1	DN1	DP2	DN2
00	Hi-Z	Hi-Z	Hi-Z	Hi-Z
01	Hi-Z	Hi-Z	USB0_DP	USB0_DN
10	USB0_DP	USB0_DN	UART1_TX	UART1_RX
11	Hi-Z	Hi-Z	Hi-Z	Hi-Z

Используя эти таблицы, давайте расшифруем ID нашего кабеля ( 10 0C 00 00 00 00 ) с учётом того, что линия ID найдена на контакте ID0:

Первый байт ответа 0x75 кабеля

7	6	5	4	3	2	1	0
ACCx		Dx		DATA[43:40]
0	0	0	1	0	0	0	0

Таким образом, ACCx — это 00, Это означает, что пин ID0 просто привязан к IDBUS, а Dx = 01 означает, что пины DP1/DN1 настроены как USB0_DP/USB0_DN. Именно то, что мы ожидали от стандартного USB-кабеля.

А теперь давайте перехватим что-нибудь поинтереснее:

Аксессуар	ID (HOSTID = 1)
DCSD	20 00 00 00 00 00
KongSWD (без работающего Astris)	20 02 00 00 00 00
KongSWD (с работающим Astris)	A0 00 00 00 00 00
KanziSWD (без работающего Astris)	20 0E 00 00 00 00
KanziSWD (с работающим Astris)	A0 0C 00 00 00 00
Haywire (HDMI)	0B F0 00 00 00 00
Зарядка UART	20 00 10 00 00 00
Lightning на 3,5 мм/EarPods с Lightning	04 F1 00 00 00 00

Вот полный (?) список запросов IDBUS от @spbdimka:

Совет №1: вы можете легко получить свойства аксессуара, включая его идентификатор, используя accctl:

Это внутренняя утилита Apple, поставляемая со сборками NonUI/InternalUI. Но вы можете легко запустить её на любом устройстве после джейлбрейка.

Совет №2: вы можете легко получить конфигурацию контактов кабеля с помощью diags:

Обратите внимание, что эта команда доступна только на iOS 7+.

Совет №3: вы можете легко отслеживать запросы/ответы 0x74/0x75, генерируемые SWD-пробами, установив debug env var, равное 3:

Затем на виртуальном COM от кабеля вы увидите что-то вроде этого:

HOSTID

В одной из таблиц выше можно увидеть упоминание некоего HOSTID. Это 16-битное значение, передаваемое в запросе 0x74. Похоже, что оно также влияет на ответ HiFive. По крайней мере, если установить для него недопустимое значение (да, это возможно с diags), HiFive перестаёт с ним работать:

Впрочем, в прошивке KongSWD/KanziSWD есть переменная окружения disableIdCheck, которую вы можете настроить так, чтобы игнорировать недопустимый HOSTID.

Важное примечание: У Kong и Kanzi нет HiFive в качестве выделенного непрограммируемого чипа. Эти аксессуары эмулируют его с помощью микроконтроллера и/или блока FPGA, что позволяет его легко обновлять/перепрограммировать.

В таблице Accessory ID выше можно заметить, что Kong и Kanzi посылают разные ответы в зависимости от того, запускается или нет Astris, это программное обеспечение AppleInternal, предназначенное для отладки с помощью SWD-проб (или зондов). Если вы расшифруете эти ответы с помощью приведённых выше таблиц, то обнаружите, что когда Astris не запускается, зонд будет действовать точно так же, как DCSD — USB на линиях D1 и debug UART на линиях D2. Но когда отладочное программное обеспечение работает, линии ACCID переключаются на SWD.

Но что, если мы хотим запустить Astris после того, как зонд уже подключён к устройству? Что будет делать кабель? Как он будет переключаться между линиями ACC на SWD? Вот тут-то WAKE и вступает в игру! HiFive (или устройство, которое его эмулирует) может инициировать WAKE — и процесс перечисления IDBUS начнётся снова: Tristar отправит запрос 0x74, Kong/Kanzi ответит новым идентификатором, Tristar подтвердит его и направит линии ACC на внутренние линии SWD (SoC должен это поддерживать на физическом уровне, конечно).

Рукопожатия питания

Последнее, что я собираюсь рассмотреть — рукопожатия питания (power handshakes). Это алгоритм, основанный на запросах/ответах IDBUS, которые драйверы ядра Tristar используют перед тем, как разрешить зарядку от аксессуара.

Когда кабель Lightning просто где-то лежит, подключённый к зарядному устройству/компьютеру, но не подключённый к устройству, HiFive ограничивает ток на PWR действительно небольшим значением (около 10-15 мА по моим измерениям). Чтобы включить полный ток, запрос 0x74 должен быть выдан Tristar и обработан HiFive. Для SecureROM/iBoot этого достаточно, но при загрузке ядра необходимо сделать дополнительные шаги:

1. TriStar выдаёт два запроса 0x70
2. Как только второй запрос обработан HiFive и отправлен ответ, он вообще отключает ток примерно на 20 миллисекунд
3. По истечении этого времени Tristar выдаёт ещё один запрос 0x70, но с содержанием 0x80 в данных. HiFive обрабатывает его и отвечает
4. На этом этапе драйвер ядра, ответственный за Tristar, должен разрешить зарядку

Важное замечание: это та часть, которую я знаю меньше всего. И это одна из тех частей, которые я в основном сам отреверсил. Таким образом, будьте осторожны с этой информацией

Несколько слов об ESN и интерфейсе Tristar I2C

Ещё одна особенность Tristar, о которой я хотел бы рассказать, — ESN. Это маленький блоб, который Tristar хранит в своём EEPROM (на CBTL1610A2 и более поздних версиях). Его можно получить по IDBUS с помощью кабеля Serial Number Reader (или Kanzi, они в основном одинаковые, за исключением разных USB-PID и немного отличающихся корпусов)

Проще говоря, отправив этот блоб на ttrs.apple.com, вы можете получить серийный номер устройства. Этот механизм используется сотрудниками Apple Store/Apple Premium Reseller для извлечения SN с мёртвых устройств (если Tristar ещё жив):

Что происходит на IDBUS при получении ESN, задокументировал @spbdimka:

Подготовка

Процедура «прошивки» ESN на Tristar называется подготовка (provisioning). Она происходит с диагностикой на стороне устройства, через EzLink на принимающей стороне в три этапа.

Вы можете проверить состояние с помощью diags:

… а также получить ESN:

Кстати, у diags вообще богатый набор команд Tristar (доступен, начиная с iOS 7):

Tristar I2C

Tristar доступен на шине I2C (адрес 0x34 для записи, 0x35 для чтения). Именно так diag и драйверы ядра с ним взаимодействуют.

О реестрах публично известно не так уж много. Много информации о самой карте регистра можно получить из утёкшего исходного кода iBoot (только для THS7383 — кажется, обратно совместимого с CBTL1608 — и CBTL1610), но не так много о том, что нужно туда записать, чтобы добиться каких-то интересных результатов.

Ещё одним источником знаний является модуль Tristar из diags (легко извлекаемый через SWD во время его работы). Например, мне удалось отреверсить алгоритмы чтения состояния подготовки и ESN. Затем я реализовал это как дополнение к моей нагрузке для iBoot под названием Lina:

Я также попытался изменить алгоритм записи ESN, но потерпел неудачу — механизм слишком сложный для меня. Однако фрагменты кода от Lina доступны здесь.

Электрические характеристики Tristar

Сам Tristar питается от источника 1,8 В. Линии для IDBUS устойчивы к 3,0 В, согласно моему осциллографу:

Таким образом, без схемы сдвига уровня лучше не пытаться взаимодействовать с IDBUS с помощью устройств, устойчивых к 5 В, как некоторые модели Arduino.

Источник