Ein näherer Blick auf die Schalter und Konfigurationen von Klinkenbuchsen

Die Klinkenbuchse ist eine branchenübliche Steckverbindung mit vielen Einsatzmöglichkeiten, die weit über die Bereitstellung von einfacher Audio-Konnektivität hinausgehen. Das Verständnis der Vielfalt an verfügbaren Konfigurationen, einschließlich der Leiteranzahl- und Schalteroptionen, kann Entwicklern ermöglichen, diese bekannte, kompakte und zuverlässige Steckverbindungslösung optimal zu nutzen.

Die 2,5-mm- oder 3,5-mm-Klinkenbuchse ist ein vertrauter Anblick in Smartphones, MP3-Playern, Hi-Fi-Anlagen und vielen anderen Geräten. Doch für fantasievolle Entwickler kann sie weit mehr als nur eine bequeme Anschlussmöglichkeit für externe Lautsprecher oder Kopfhörer sein. Sie kann 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. Eine Buchse mit Schaltern wird beispielsweise benötigt, um den internen Lautsprecher abzuschalten, wenn ein Kopfhörer angeschlossen wird, um das Einstecken eines Zubehörteils zu erkennen, oder bei Verwendung eines Audio-Mischpults. Wenn eine schalterlose Buchse verwendet wird, kann die Erkennung von Zubehör auch mit einem speziellen Klinkenbuchsenschalter-IC bewerkstelligt werden. Zwar erweitern diese ICs die Stückliste und erhöhen die Entwicklungskosten, sie können jedoch zusätzliche Funktionen bieten, etwa das Entprellen von Schaltern oder das Erkennen von Tastenbetätigung.

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

Einfache Klinkenbuchsenschaltungen

Abbildung 1 zeigt eine einfache schalterlose Buchse mit drei Leitern. Stellen wir uns vor, der Stecker wird von links nach rechts eingeführt. Dann sind seine Spitze (Tip), sein Ring (Ring) und seine Hülse (Sleeve) an den entsprechenden Kontakten in der Buchse ausgerichtet, wenn der Stecker vollständig eingeführt wurde.

Abbildung 1: Einfache schalterlose Drei-Leiter-Klinkenbuchse (Bildquelle: Same Sky)

Abbildung 2 zeigt, dass in der Kontaktposition 2 ein Schalter hinzugekommen ist, der durch die Spitze des Steckers betätigt wird. 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.

Abbildung 2: Drei-Leiter-Klinkenbuchse mit Tip-Schalter (Bildquelle: Same Sky)

Aus Abbildung 2 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, wodurch der Stromkreis zwischen den Kontakten 10 und 2 geöffnet wird.

Komplexere Konfigurationen

Abbildung 3 zeigt, 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.

Abbildung 3: Vier-Leiter-Stecker und -Buchse mit einem Tip- und zwei Ring-Schaltern (Bildquelle: Same Sky)

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) (Abbildung 4). Diese Schalter können von den Audiosignalen isoliert sein, wodurch sie zur Steuerung verschiedener anderer Schaltungen eingesetzt werden können.

Abbildung 4: Alternative Schalterkonfigurationen (Bildquelle: Same Sky)

Einige 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 Abbildung 5 gezeigt, sowie das Erkennen des Stecker-Einsteckens und die Steuerung anderer Schaltungsteile, die nichts mit den Audiosignalen zu tun haben.

Abbildung 5: Umschalten des Audiosignals zwischen Lautsprecher und Kopfhörer (Bildquelle: Same Sky)

In der ersten Grafik von Abbildung 5 erfolgt die Wiedergabe des Audiosignals über den integrierten Lautsprecher, weil kein Kopfhörer angeschlossen ist. Die Buchse enthält Tip- und Ring-Schalter, die geöffnet werden, wenn der Stecker eingesteckt wird, wie das in der zweiten Grafik erkennbar ist. Dadurch wird die Audioquelle vom Lautsprecher getrennt, während gleichzeitig der Kopfhörer in die Schaltung eingebunden wird.

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

Abbildung 6: Verwendung eines Tip-Schalters zur Erkennung des Einsteckens des Steckers (Bildquelle: Same Sky)

Die in Abbildung 7 gezeigte 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 4-6 von den an den Kontakten 1-3 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.

Abbildung 7: Verwendung einer Klinkenbuchse zum Umschalten zwischen Betriebsarten des Geräts (Bildquelle: Same Sky)

Fazit

Dank 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 Same Sky-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.