TI談打造高品質(zhì)TWS耳機(jī)的方法論

隨著TWS耳機(jī)市場(chǎng)的不斷發(fā)展，消費(fèi)者對(duì)于小尺寸、舒適度提出了更高的要求，廠商需要在縮小整體解決方案尺寸的同時(shí)集成更多功能，以提高自身競(jìng)爭(zhēng)力。針對(duì)這一點(diǎn)，德州儀器（TI）帶來了觀點(diǎn)分享。

TWS耳機(jī)的“高品質(zhì)”追求

一個(gè)高品質(zhì)的TWS耳機(jī)應(yīng)具備高舒適度、主動(dòng)噪聲消除功能以及更長(zhǎng)的電池壽命，最好還同時(shí)兼具經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。

高品質(zhì)的TWS耳機(jī)可在整個(gè)應(yīng)用生命周期內(nèi)提供快速穩(wěn)定且安全的充電環(huán)境，延長(zhǎng)電池的運(yùn)行時(shí)間，顯著減少充電周期，以提升用戶體驗(yàn)。設(shè)計(jì)工程師還可使用功率IC進(jìn)一步改善TWS應(yīng)用，并且這些功率IC不會(huì)產(chǎn)生任何可聞噪聲。

德州儀器（TI）低功率音頻和執(zhí)行器市場(chǎng)和業(yè)務(wù)開發(fā)經(jīng)理Mike Spence表示，出色的音頻體驗(yàn)始于TWS耳機(jī)中的驅(qū)動(dòng)器，相對(duì)強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)器和優(yōu)質(zhì)材料可提供更高的中低音精度。音頻信號(hào)鏈需要做到將信號(hào)與電路板設(shè)計(jì)帶來的噪聲及電流聲隔離，與大多耳掛式耳機(jī)不同，TWS耳機(jī)一般使用的是從RF模塊到喇叭的全數(shù)字音頻信號(hào)鏈。

TWS耳機(jī)是在音頻輸出后直接將其輸入到耳道，所以在改善電流聲、噪聲影響時(shí)無(wú)需考慮距離或環(huán)境因素。因此，TWS耳機(jī)主要的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)在于要使設(shè)計(jì)的各個(gè)模塊（音效處理、喇叭或射頻模塊等）能夠協(xié)同工作，這就需要聲學(xué)、工業(yè)設(shè)計(jì)師和電氣工程師之間進(jìn)行精心設(shè)計(jì)與合作，在實(shí)現(xiàn)具有耳掛式耳機(jī)所有功能的同時(shí)，保證其尺寸小型化。而具有這些技術(shù)的公司將轉(zhuǎn)向添加和改進(jìn)TWS耳機(jī)的功能，這也意味著耳掛式耳機(jī)領(lǐng)域的創(chuàng)新將逐步減少，TWS耳機(jī)的創(chuàng)新正后來居上。

2020年初，藍(lán)牙低功耗音頻LE Audio標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布為未來的音頻行業(yè)奠定了發(fā)展基礎(chǔ)。德州儀器（TI）Wi-Fi和雙模式BT市場(chǎng)經(jīng)理Beatrice Fankem表示，藍(lán)牙低功耗音頻可使左右耳機(jī)的多流音頻更加緊密同步，憑借著低功耗和高質(zhì)量的多音流功能，藍(lán)牙低功耗技術(shù)不僅能夠改善耳機(jī)整體性能，還能創(chuàng)造包括助聽器在內(nèi)的更多新產(chǎn)品和用例。

TWS耳機(jī)設(shè)計(jì)痛點(diǎn)如何解決？

在問及TWS耳機(jī)的設(shè)計(jì)痛點(diǎn)時(shí)，德州儀器（TI）低VIN LDO產(chǎn)品市場(chǎng)工程師Wilson Fwu表示，隨著TWS耳機(jī)的推出與普及，消費(fèi)者也在最初的設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)了多個(gè)需要改進(jìn)之處，包括更長(zhǎng)的電池壽命、更小的外形尺寸、更快的響應(yīng)時(shí)間及更好的音質(zhì)體驗(yàn)。廠商可通過TWS耳機(jī)設(shè)計(jì)中的電源管理系統(tǒng)解決這些問題。

低壓差穩(wěn)壓器或LDO是TWS耳機(jī)中最常使用的電源管理設(shè)備之一，改進(jìn)途徑如下：

• 選擇具有較低IQ的LDO，可以更大限度地降低設(shè)備的電流消耗，從而延長(zhǎng)電池壽命；

• 對(duì)于小型應(yīng)用（例如TWS耳機(jī)），選擇具有小尺寸的LDO至關(guān)重要；

• 選擇具有良好負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)的LDO可以使用戶體驗(yàn)更加精簡(jiǎn)；

• 選擇具有較低噪聲和高PSRR的LDO，可顯著降低為敏感模擬軌供電的軌電壓紋波。

針對(duì)LDO和線性電源管理，德州儀器（TI）研發(fā)了兩種新設(shè)備：TPS7A02和TPS7A20。TPS7A02實(shí)現(xiàn)了25-nA IQ，使TWS用戶可以在保持較小外形的同時(shí)延長(zhǎng)電池壽命。TPS7A20具有低噪聲、較低IQ以及高PSRR的特性，以確保信號(hào)干凈無(wú)噪聲。

為了滿足消費(fèi)者需求，設(shè)計(jì)工程師還可以考慮采用先進(jìn)半導(dǎo)體工藝和架構(gòu)的功率IC，以增加運(yùn)行時(shí)間、限制應(yīng)用的自發(fā)熱，從而實(shí)現(xiàn)高效率、小尺寸、高舒適度。

在設(shè)計(jì)方面，德州儀器（TI）電流傳感器市場(chǎng)和應(yīng)用經(jīng)理唐釗補(bǔ)充道：“具有出色噪聲消除功能的無(wú)線式頭戴式耳機(jī)外形較為笨重，通常不適合戶外活動(dòng)或運(yùn)動(dòng)使用，因此尺寸小巧的主動(dòng)降噪耳機(jī)可以提供更好的用戶體驗(yàn)。采取更低功耗和更高效的充電手段有助于無(wú)線入耳式耳機(jī)持續(xù)運(yùn)行更長(zhǎng)時(shí)間?！?

“電流檢測(cè)放大器可精確監(jiān)控電流，延長(zhǎng)電池壽命，這對(duì)電池來說又增加了一層保護(hù)措施。較小尺寸的耳機(jī)可以選用WCSP封裝，例如德州儀器（TI）INA216和INA191，或者采用多通道單片封裝，例如INA2180?；魻栃?yīng)傳感器則有助于監(jiān)測(cè)充電盒的開啟，以確定何時(shí)啟動(dòng)藍(lán)牙配對(duì)。德州儀器（TI）所研發(fā)的低功耗電流傳感器INA191和極低功耗霍爾傳感器DRV5032（X2SON封裝）都有助于降低功耗，延長(zhǎng)耳機(jī)及其配套無(wú)線充電盒的電池壽命?！?

此外，據(jù)德州儀器（TI）升壓和降壓-升壓型開關(guān)穩(wěn)壓器應(yīng)用及市場(chǎng)經(jīng)理Christian Schmoeller介紹，德州儀器（TI）擁有廣泛的電源IC產(chǎn)品組合，設(shè)計(jì)工程師可以選擇適合其設(shè)計(jì)風(fēng)格的解決方案。例如，TWS充電盒在技術(shù)上雖然并不需要可編程的降壓-升壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器，但在實(shí)際使用時(shí)，設(shè)計(jì)工程師可以通過動(dòng)態(tài)優(yōu)化充電電壓和效率來提高消費(fèi)者體驗(yàn)。

TWS技術(shù)發(fā)展機(jī)遇

德州儀器（TI）預(yù)計(jì),未來通過電池供電的電子設(shè)備還將會(huì)大幅增加，這類設(shè)備都需要精確的電流監(jiān)測(cè)、功率監(jiān)控和功率保護(hù)來延長(zhǎng)電池壽命。在TWS充電盒中，使用霍爾傳感器自動(dòng)連接或斷開藍(lán)牙是該設(shè)備的獨(dú)特功能，未來也希望在更多電子產(chǎn)品中看到霍爾傳感器的創(chuàng)新型用途。

加入更多傳感器，集成更多功能，已經(jīng)成為高端TWS耳機(jī)的重要發(fā)展方向，高端的TWS耳機(jī)內(nèi)部已包含一系列傳感器，可增強(qiáng)健康監(jiān)測(cè)功能。如果消費(fèi)者接受了這些功能，那么TWS耳機(jī)的定價(jià)也會(huì)相對(duì)提高。

德州儀器（TI）電池開關(guān)充電器產(chǎn)品市場(chǎng)工程師Alan Lee表示：“隨著TWS技術(shù)的改進(jìn)，我們看到了與健康相關(guān)的可穿戴應(yīng)用的發(fā)展機(jī)遇，例如睡眠耳塞。德州儀器（TI）始終致力于創(chuàng)建具有更小尺寸、更高精度、更多特性和功能的電池充電解決方案。”