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TWS蓝牙耳机及充电盒系统介绍

出处:德州仪器 发布于:2019-06-06 14:12:10 | 1396 次阅读

  TWS(True Wireless Stereo, 真无线立体声)蓝牙耳机是近年来异常火热的音频产品。它借助蓝牙芯片,先将手机与主耳机建立无线连接,再建立起主耳机和副耳机的无线通讯,从而完全摒弃了传统耳机间的线材连接,极大地方便了用户的使用。另外,主耳机是可以单独使用的,完全能够胜任现有市场上的单颗蓝牙耳机的应用需求,使用功能非常强大。因此自从2016年9月苹果发布第一款TWS耳机 – Airpods以来,市场反响就非常热烈,后续音频厂商见此迅速跟进,扎堆布局TWS蓝牙耳机,使TWS耳机市场异彩纷呈。
  TWS耳机系统介绍
  TWS耳机的系统主要可以分为两部分,分别是充电盒以及耳机。充电盒的作用类似于充电宝,专门给两个耳机进行充电。受限于充电盒和耳机的狭小空间,这两部分所用的电池容量都无法做大,充电盒的容量一般在1000mAh以内(其中又以200-700mAh范围内最为常见),而耳机端的容量更小,绝大部分都小于100mAh。因此无论是充电盒还是耳机,都应该重视系统低功耗的设计,保证产品有较长的使用时间。
  1、充电盒系统介绍
 

  图1 TWS充电盒系统框图
  信号链部分,传感器主要有霍尔传感器,实现盒子的开合检测。LED灯实现酷炫的显示效果,蓝牙芯片则可以将盒子信息传送给手机,便于手机查看盒子电量信息。按键检测可能需要一些逻辑器件,如SN74LVC1G74这种D触发器,可以将按键的脉冲沿转变成电平的翻转,便于MCU记录按键信息。
  电源轨部分,一般输入口做成5V的micro USB接口(苹果的Airpods是lighting接口,也是5V)。考虑到当前有不少支持高压快充的适配器,因此充电盒需要一个过压保护芯片做误插防护,再加一颗charger给锂电池充电。目前很多的charger都集成了过压保护的功能,但是过压响应时间大部分是us级别,建议额外再加一颗过压保护芯片做快速保护。Charger方面,建议用带power-path(即路径管理)的charger,一方面,当盒子电池电量较低时,插上适配器可以立刻得到较高的系统电压,保证盒子可以立刻给低电量耳机供电;另一方面,当快充电流设置的较小时,若负载需要恒定吃载(如驱动LED灯),这部分的负载很可能在charger的截止电流附近,不带power-path功能的话charger很可能无法判断电池已经充满,使用体验就会差一些。
  电池一般都是单节锂电池,一般是由电池包厂商提供,并且已经将电量计和二次保护IC封包在内,保证电池更可靠的工作。单节锂电池的电源主要供给两部分:一部分升压到5V给耳机供电,另一部分降压到3V及以下给盒子内的MCU/Sensor等。
  2、耳机系统介绍
  TWS一般有两个耳机,他们的系统都是一样的,详细框图如下:


  图2 耳机系统框图
  信号链部分,蓝牙芯片负责接收手机发送过来的数据,然后经过耳放推动耳机。传感器主要是重力传感器,检测耳机晃动等信号。目前蓝牙芯片的集成度非常高,还能做一些调音的功能。
  电源轨部分,受限于非常狭小的耳机空间,耳机端已经不能做成micro USB接口的供电口,通常改成特定的金属接触片方式。耳机输入电源来自于充电盒升压稳定后的5V,因此耳机端的输入不存在过压的风险,可以不必加过压保护,直接经过charger后就可以给单节锂电池充电。同样的,电池同样由电池包厂商提供,集成电量计和二次保护。电池经过LDO再给系统提供2.5V或者1.8V的电源。
  TWS耳机的设计需要综合考虑功耗、封装和性能,使产品具有更好的体验结果。

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关键词:蓝牙耳机

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