TWS藍(lán)牙耳機(jī)你了解的多不多
TWS(True Wireless Stereo, 真無線立體聲)藍(lán)牙耳機(jī)是近年來異?;馃岬?u>音頻產(chǎn)品。它借助藍(lán)牙芯片,先將手機(jī)與主耳機(jī)建立無線連接,再建立起主耳機(jī)和副耳機(jī)的無線通訊,從而完全摒棄了傳統(tǒng)耳機(jī)間的線材連接,極大地方便了用戶的使用。另外,主耳機(jī)是可以單獨使用的,完全能夠勝任現(xiàn)有市場上的單顆藍(lán)牙耳機(jī)的應(yīng)用需求,使用功能非常強(qiáng)大。因此自從2016年9月蘋果發(fā)布第一款TWS耳機(jī)——Airpods以來,市場反響就非常熱烈,后續(xù)音頻廠商見此迅速跟進(jìn),扎堆布局TWS藍(lán)牙耳機(jī),使TWS耳機(jī)市場異彩紛呈。接下來Bluetooth 5 將帶來更精彩的使用者體驗,新的充電盒設(shè)計會讓消費(fèi)者更為方便。
輕巧且便于攜帶是TWS耳機(jī)最為重要的設(shè)計目標(biāo),受限于充電盒和耳機(jī)的狹小空間,這兩部分所用的電池容量都無法做大,充電盒的容量一般在1000mAh以內(nèi)(其中又以200-700mAh范圍內(nèi)最為常見),而耳機(jī)端的容量更小,絕大部分都小于100mAh。因此無論是充電盒還是耳機(jī),都應(yīng)該重視系統(tǒng)低功耗的設(shè)計,保證產(chǎn)品有較長的使用時間。
1、充電盒系統(tǒng)介紹
詳細(xì)的充電盒系統(tǒng)框圖如下:
圖1 TWS充電盒系統(tǒng)框圖
信號鏈部分,傳感器主要有霍爾傳感器,實現(xiàn)盒子的開合檢測。LED燈實現(xiàn)酷炫的顯示效果,藍(lán)牙芯片則可以將盒子信息傳送給手機(jī),便于手機(jī)查看盒子電量信息。按鍵檢測可能需要一些邏輯器件,如SN74LVC1G74這種D觸發(fā)器,可以將按鍵的脈沖沿轉(zhuǎn)變成電平的翻轉(zhuǎn),便于MCU記錄按鍵信息。
電源軌部分,一般輸入口做成5V的micro USB接口(蘋果的Airpods是lightning接口,也是5V)??紤]到當(dāng)前有不少支持高壓快充的適配器,因此充電盒需要一個過壓保護(hù)芯片做誤插防護(hù),再加一顆charger給鋰電池充電。目前很多的charger都集成了過壓保護(hù)的功能,但是過壓響應(yīng)時間大部分是us級別,建議額外再加一顆過壓保護(hù)芯片做快速保護(hù)。Charger方面,建議用帶power-path(即路徑管理)的charger,一方面,當(dāng)盒子電池電量較低時,插上適配器可以立刻得到較高的系統(tǒng)電壓,保證盒子可以立刻給低電量耳機(jī)供電;另一方面,當(dāng)快充電流設(shè)置的較小時,若負(fù)載需要恒定吃載(如驅(qū)動LED燈),這部分的負(fù)載很可能在charger的截止電流附近,不帶power-path功能的話charger很可能無法判斷電池已經(jīng)充滿,使用體驗就會差一些。
電池一般都是單節(jié)鋰電池,一般是由電池包廠商提供,并且已經(jīng)將電量計和二次保護(hù)IC封包在內(nèi),保證電池更可靠的工作。單節(jié)鋰電池的電源主要供給兩部分:一部分升壓到5V給耳機(jī)供電,另一部分降壓到3V及以下給盒子內(nèi)的MCU/Sensor等。
TI的產(chǎn)品非常豐富,能夠覆蓋充電盒絕大部分的需求,這里簡要推薦如下幾款I(lǐng)C,用在充電盒里再合適不過。推薦的指標(biāo)主要是封裝和功耗,功耗主要是IC在enable下的靜態(tài)電流。需要提一下的是,由于過壓保護(hù)和charger是在充電的時候才工作,此時adapter外掛,電源充足,因此這兩部分不要求Iq小,但應(yīng)該重視charger的漏電電流。
2、耳機(jī)系統(tǒng)介紹
信號鏈部分,藍(lán)牙芯片負(fù)責(zé)接收手機(jī)發(fā)送過來的數(shù)據(jù),然后經(jīng)過耳放推動耳機(jī)。傳感器主要是重力傳感器,檢測耳機(jī)晃動等信號。目前藍(lán)牙芯片的集成度非常高,還能做一些調(diào)音的功能。
電源軌部分,受限于非常狹小的耳機(jī)空間,耳機(jī)端已經(jīng)不能做成micro USB接口的供電口,通常改成特定的金屬接觸片方式。耳機(jī)輸入電源來自于充電盒升壓穩(wěn)定后的5V,因此耳機(jī)端的輸入不存在過壓的風(fēng)險,可以不必加過壓保護(hù),直接經(jīng)過charger后就可以給單節(jié)鋰電池充電。同樣的,電池同樣由電池包廠商提供,集成電量計和二次保護(hù)。電池經(jīng)過LDO再給系統(tǒng)提供2.5V或者1.8V的電源。
與充電盒的設(shè)計相比,耳機(jī)端的空間更小,對芯片的封裝和功耗提出了更嚴(yán)格的要求。針對這種情況,TI在耳機(jī)端的方案匯總?cè)缦拢?/p>
3、TI參考設(shè)計
TI有一份針對TWS耳機(jī)的參考設(shè)計TIDA-050007,下圖是參考設(shè)計的系統(tǒng)框圖。這個參考設(shè)計整機(jī)功耗只有18uA,并且采用簡易算法實現(xiàn)升壓的動態(tài)調(diào)節(jié),在充電盒電池電壓高于耳機(jī)電池電壓時升壓芯片TPS61099還可以進(jìn)入直通模式,使充電效率進(jìn)一步提高。
綜上所述,TWS耳機(jī)的設(shè)計需要綜合考慮功耗、封裝和性能,使產(chǎn)品具有更好的體驗結(jié)果。借助于TI豐富的資源,可以幫助你輕松實現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計。
來源:電子產(chǎn)品世界