為什麼電流和磁傳感器對TWS(真無線耳機)的設計至關重要?

近年來，TWS（True Wireless Stereo，真無線耳機）正在耳機市場中快速崛起。現在，用戶在使用流媒體設備時不必再為耳機線的纏繞問題而困擾了。真無線耳機是基於Bluetooth的無線耳機，其左右通道被分離成獨立又相互配對的兩個個體。儘管這種創新設計使用戶不再需要用線連接手機或其它設備，但這給耳機製造商帶來了一系列新的設計挑戰。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201912/408135.htm

為了最大限度地延長電池壽命和電池運行時間，耳機必須確保在充電盒中的正確位置，並且可以在充電時高效充電。一種高性價比的做法是將電流檢測放大器用於監測耳塞充電，以及將霍爾效應開關用於無線充電盒的開合和耳塞擺放位置能夠最大限度地提高這一應用場景的電池充電效率和電池壽命，提高用戶體驗。

用電流檢測放大器進行設計

TWS的電池容量通常低於100mAh。因此，為了保護並準確地給這些小容量電池充電，我們需要更精確的電流測量。傳統電池充電器和電量計在監測更大的電池（如充電箱中的電池）電流方面表現出色，但在監測更低電流方面常常表現一般。

專用電流檢測放大器在測量小電流時更加準確。如果您的設計中已經有了微控制器（MCU）或電源管理集成電路（PMIC），那麼您可以基於寫入MCU或PMIC的算法來使用這些放大器的輸出監測和測量電池使用次數和電池壽命。圖1顯示了一個帶有外部電流檢測放大器和控制器的電量計。

圖1：帶外部電流檢測放大器和控制器測量的電量計

在無線耳塞充電盒中放置兩個小型電流檢測放大器（如INA216）能夠實現高精度充電電流測量。或者，如果優先考慮解決方案尺寸，則建議使用單個像INA2180一樣的雙通道電流檢測放大器。

如果精度不是重要考慮因素，且假設電流分配相等，那麼一個電流傳感器可以監測兩個耳塞的充電情況。在耳塞中放置一個雙向電流檢測放大器，如INA191或INA210，可同時實現充電和測量功能。不管您使用哪種拓撲結構，這些器件都可以更好地保護電池，因為即使微小的電流變化也會影響電池的使用壽命。

用霍爾效應傳感器進行設計

TWS的新功能是圍繞充電和進行的創新。充電盒蓋的開合可以用來進行藍牙連接的開啟或關閉，而入盒/出盒檢測可以判斷是否停止充電以及左右耳配對。其他傳感器技術可能無法經濟有效地通過合適的靈敏度來正確實現這些功能，所以選擇合適的傳感器至關重要。圖2顯示了TWS傳感器的布置。

圖2：無線耳塞傳感器的布置和使用

霍爾效應傳感器能夠很好地應用於檢測充電盒蓋和耳塞充電情況。鑑於磁鐵已用來合上充電盒蓋，因此，以霍爾效應開關的形式使用磁感測解決方案檢測蓋子顯然是一種無需額外零件即可之際連接/斷開藍牙的解決方案。此外，將磁鐵放進在耳塞，是一種能夠檢測充電盒內是否存在耳塞的從而有效充電方法。

選擇適合的數字霍爾效應傳感器非常重要，並且低頻率/低功耗的特性讓DRV5032成為了不二之選。對於霍爾效應傳感器在耳塞中的應用，完全能夠實現每秒提供5次磁鐵檢測信息。此頻率允許您使用DRV5032的低功耗選項，該器件僅消耗約0.5µA的靜態電流，不會電池使用時間產生嚴重影響。

確定充電狀態和充電盒蓋檢測對於使用小容量電池和無線連接的耳塞都至關重要。電流檢測放大器和霍爾效應傳感器為那些努力圍繞這些新特徵和挑戰進行設計的人員提供了解決方案。