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TWS藍牙耳機及充電盒系統介紹
- 2019-09-25-

WS(True Wireless Stereo, 真無線立體聲)藍牙耳機是近年來異?;馃岬囊纛l產品。它借助藍牙芯片,先將手機與主耳機建立無線連接,再建立起主耳機和副耳機的無線通訊,從而完全摒棄了傳統耳機間的線材連接,極大地方便了用戶的使用。另外,主耳機是可以單獨使用的,完全能夠勝任現有市場上的單顆藍牙耳機的應用需求,使用功能非常強大。因此自從2016年9月蘋果發布TWS耳機 – Airpods以來,市場反響就非常熱烈,后續音頻廠商見此迅速跟進,扎堆布局TWS藍牙耳機,使TWS耳機市場異彩紛呈。
  TWS藍牙耳機系統介紹
  TWS耳機的系統主要可以分為兩部分,分別是充電盒以及耳機。充電盒的作用類似于充電寶,專門給兩個耳機進行充電。受限于充電盒和耳機的狹小空間,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(其中又以200-700mAh范圍內更為常見),而耳機端的容量更小,絕大部分都小于100mAh。因此無論是充電盒還是耳機,都應該重視系統低功耗的設計,保證產品有較長的使用時間。
  1、充電盒系統介紹
 

  圖1 TWS充電盒系統框圖
  信號鏈部分,
傳感器主要有霍爾傳感器,實現盒子的開合檢測。LED燈實現酷炫的顯示效果,藍牙芯片則可以將盒子信息傳送給手機,便于手機查看盒子電量信息。按鍵檢測可能需要一些邏輯器件,如SN74LVC1G74這種D觸發器,可以將按鍵的脈沖沿轉變成電平的翻轉,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lighting接口,也是5V)??紤]到當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芯片做誤插防護,再加一顆charger給鋰電池充電。目前很多的charger都集成了過壓保護的功能,但是過壓響應時間大部分是us級別,建議額外再加一顆過壓保護芯片做快速保護。Charger方面,建議用帶power-path(即路徑管理)的charger,一方面,當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電壓,保證盒子可以立刻給低電量耳機供電;另一方面,當快充電流設置的較小時,若負載需要恒定吃載(如驅動LED燈),這部分的負載很可能在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充滿,使用體驗就會差一些。
  電池一般都是單節鋰電池,一般是由電池包廠商提供,并且已經將電量計和二次保護IC封包在內,保證電池更可靠的工作。單節鋰電池的電源主要供給兩部分:一部分升壓到5V給耳機供電,另一部分降壓到3V及以下給盒子內的MCU/Sensor等。
  2、耳機系統介紹
  TWS一般有兩個耳機,他們的系統都是一樣的,詳細框圖如下:


  圖2 耳機系統框圖
  信號鏈部分,藍牙芯片負責接收手機發送過來的數據,然后經過耳放推動耳機。傳感器主要是重力傳感器,檢測耳機晃動等信號。目前藍牙芯片的集成度非常高,還能做一些調音的功能。
  電源軌部分,受限于非常狹小的耳機空間,耳機端已經不能做成micro USB接口的供電口,通常改成特定的金屬接
觸片方式。耳機輸入電源來自于充電盒升壓穩定后的5V,因此耳機端的輸入不存在過壓的風險,可以不必加過壓保護,直接經過charger后就可以給單節鋰電池充電。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。電池經過LDO再給系統提供2.5V或者1.8V的電源。
  TWS耳機的設計需要綜合考慮功耗、封裝和性能,使產品具有更好的體驗結果。


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