Klinkenbuchsen Mehr als nur ein Audioanschluss

Bild 1: Einfache schalterlose Drei-Leiter-Klinkenbuchse
Bild 1: Einfache schalterlose Drei-Leiter-Klinkenbuchse

Die Klinkenbuchse ist weit verbreitet und vielfach einsetzbar. Dabei gehen die Anwendungsmöglichkeiten aber weit über das bloße Bereitstellen einfacher Audiosignale hinaus, so Rich Miron von Digi-Key. Im Artikel klärt er über die Vielfalt an verfügbaren Funktionen auf.

Die 2,5-mm- oder 3,5-mm-Klinkenbuchse ist ein vertrauter Anblick in Smart­phones, MP3-Playern, HiFi-Anlagen und vielen anderen Geräten. Doch für fantasievolle Entwickler kann sie weit mehr als nur eine bequeme Anschlussmöglichkeit für externe Lautsprecher oder Kopfhörer sein. So kann die Buchse zum Anschluss einer Vielzahl von Zubehörgeräten verwendet werden, mit denen sich auch andere Gerätefunktionen steuern lassen – ein Selfie-Stick für Smart­phones mit einer Taste zum Auslösen der Kamera ist nur ein Beispiel dafür. Das Verständnis, wie sich die Vorteile dieser einfachen und doch vielseitigen Buchse voll nutzen lassen, beginnt mit einem näheren Blick auf die Signalverbindungen und Schaltmechanismen im Inneren der Klinkenbuchse.

Klinkenbuchsen gibt es als einfache, schalterlose Steckverbinder; sie können aber auch einen oder mehrere Schalter enthalten, die beim Einschieben des Steckers betätigt werden. Dieser ist beispielsweise notwendig, um den internen Lautsprecher abzuschalten, sobald ein Kopfhörer angeschlossen wird. Aber auch, um das Einstecken eines Zubehörteils zu erkennen oder für ein Audio-Mischpult sind Buchsen mit Schaltern notwendig. Wenn eine schalterlose Buchse verwendet wird, lässt sich Zubehör auch mit einem speziellen Klinkenbuchsenschalter-IC erkennen. Zwar erweitern diese ICs die Stückliste und erhöhen die Entwicklungskosten, sie können jedoch zusätzliche Funktionen bieten, etwa Schalter entprellen oder Tastenbetätigung erkennen.

Das Datenblatt für eine konkrete Klinkenbuchse beschreibt die verfügbaren Kombinationen von Leitern und Schaltern sowie deren Spezifikation. Die Klinkenbuchse SJ2-2531X-SMT von CUI ist ein Beispiel für eine besonders flache Buchse zur Oberflächenmontage. Erhältlich ist sie mit zwei oder drei Leitern und in schalterloser Konfiguration oder mit einem bzw. zwei Schaltern.

Einfache Klinkenbuchsenschaltungen

Bild 1 zeigt eine einfache, schalterlose Buchse mit drei Leitern. Sobald der Stecker vollständig in die Buchse eingeführt ist, sind seine Spitze (Tip), sein Ring und seine Hülse (Sleeve) an den entsprechenden Kontakten in der Buchse ausgerichtet.

In Bild 2 ist zu sehen, dass in der Kontaktposition 2 ein Schalter hinzugekommen ist, den die Spitze des Steckers betätigt. Im Datenblatt wird dieser Schalter als Tip-Schalter bezeichnet. Ein ähnlicher Schalter kann auch am Ring-Kontakt vorgesehen sein. Später werden wir sehen, wie sich mit Multi-Ring-Buchsen komplexe Anordnungen von Schaltern erzielen lassen. Diesem Bild ist zu entnehmen: Wenn kein Stecker eingesteckt ist, berühren sich Kontakt 2 und Kontakt 10, sodass der Schalter als normalerweise geschlossen klassifiziert ist. Wenn der Stecker vollständig eingeführt wurde und die Spitze in den Kontakt 2 eingreift, wird der elastische Kontakt zur Seite gedrückt, was den Stromkreis zwischen den Kontakten 10 und 2 öffnet.

Komplexere Konfigurationen

Bild 3 demonstriert, wie zusätzliche Leiter und Schalter angeordnet sein können. Natürlich müssen Anzahl und Position der Ring-Leiter am Stecker mit den Kontakten in der Buchse übereinstimmen, damit die Schalter in der erwarteten Reihenfolge betätigt werden.
Bisher handelte es sich bei den beschriebenen Schaltern um einfache, normalerweise geschlossene Ausführungen. Doch es sind auch andere Konfigurationen verfügbar, etwa normalerweise geöffnete Schalter in SPDT- (Sin­gle Pull Double Throw) und DPDT-Ausführung (Double Pole Double Throw) (Bild 4). Diese Schalter können von den Audiosignalen isoliert sein, wodurch sie sich zur Steuerung verschiedener anderer Schaltungen eignen.

Praktische Beispiele

Die angebotenen Stecker-Buchsen-Konfigurationen bieten den Entwicklern zahlreiche Möglichkeiten, die unterschiedlichsten Signalschaltungs-, Einsteck-Erkennungs- und System­steuerungsfunktionen zu realisieren.

Zu den wichtigsten Beispielen zählen das Umschalten des Audiosignals zwischen Lautsprecher und Kopfhörer, wie in Bild 5 gezeigt, sowie das Erkennen des Einsteckens und die Steuerung anderer Schaltungsteile, die nichts mit den Audiosignalen zu tun haben. In der ersten Grafik von Bild 5 erfolgt die Wiedergabe des Audiosignals über den integrierten Lautsprecher, weil kein Kopfhörer angeschlossen ist. Die Buchse enthält Tip- und Ring-Schalter, die sich öffnen, sobald der Stecker eingesteckt wird, wie in der zweiten Grafik erkennbar. Dadurch wird die Audioquelle vom Lautsprecher getrennt, während gleichzeitig der Kopfhörer in die Schaltung eingebunden wird.

Bild 6 zeigt, wie ein normalerweise geschlossener Tip-Schalter verwendet wird, um das Einstecken des Steckers zu erkennen und eine Warnanzeige aufleuchten zu lassen.

Eine andere Variante einer Buchse enthält einen SPDT-Schalter, mit dem das Gerät beim Einführen und Herausziehen des Steckers zwischen zwei Betriebsarten umgeschaltet wird. Die Buchse enthält gewöhnliche Tip- und Ring-Kontakte; allerdings sind die Kontakte 4 bis 6 von den an den Kontakten 1 bis 3 anliegenden Audiosignalen isoliert. Wenn kein Stecker eingesteckt ist, sind die Kontakte 4 und 5 miteinander verbunden. Das Einführen des Steckers trennt die Kontakte 4 und 5 und verbindet stattdessen die Kontakte 5 und 6. Dieser Wechsel kann verwendet werden, um das System von einer Betriebsart in eine andere umzuschalten.

Fazit

Wegen ihrer geringen Größe und großen Vielseitigkeit ist die branchenübliche Klinkenbuchse eine praktische, zuverlässige und einfache Anschlussmöglichkeit – sowohl für Entwickler als auch Anwender. Mit ein wenig Wissen über die verschiedenen verfügbaren Funktionen können Entwickler die Vorteile der Klinkenbuchse optimal einsetzen, um zusätzliche Funktionen in neuen Produkten zu ermöglichen, für die andernfalls weitere separate Schalter oder Zubehöranschlüsse erforderlich wären. Durch intelligenten Einsatz der Klinkenbuchse lassen sich die Kosten der Materialliste reduzieren und das Hardware-Design vereinfachen. Und nicht zuletzt lässt sich damit die Markteinführungszeit für aktualisierte Produkte mit neuen Funktionen verkürzen.

Die CUI-Palette an Klinkenverbindungen umfasst 2,5-mm- und 3,5-mm-Buchsen und Stecker in verschiedenen Konfigurationen und Schaltertypen. Im Angebot sind Modelle zur Oberflächen- oder Durchsteckmontage sowie eine Auswahl von wasserdichten Steckverbindern mit der Schutzart IP67. Entsprechende 2,5-mm- und 3,5-mm-Stecker in Kabelmontage- und Durchsteckkonfigurationen sind ebenfalls erhältlich.