如何設(shè)計(jì)小巧可靠的無線耳塞

如果您正在設(shè)計(jì)真正的無線耳塞，它們需要具備一些關(guān)鍵功能：

小尺寸

可靠性

快速高效的電池充電

讓我們更詳細(xì)地了解這些密切相關(guān)的每一個(gè)功能，以了解它們?yōu)楹稳绱酥匾?，并找出在您的耳塞設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)這些功能的原因。

小尺寸

耳朵有各種形狀和大小，但即使是耳朵最小的人也需要找到佩戴舒適的耳塞。“真正的無線”耳塞沒有任何電線，這很好，但使這成為可能的電子設(shè)備必須去某個(gè)地方。這可能是顯而易見的，但您需要抓住每一個(gè)機(jī)會(huì)，通過減少使用的組件數(shù)量來節(jié)省空間，使外殼盡可能小。使用無線連接讓您的耳塞與其充電盒通信可能聽起來很聰明，但這需要一個(gè)額外的 IC 占用空間（并且還需要電源）——這正是我們?cè)噲D避免的?？紤]到這一點(diǎn)，讓我們繼續(xù)看看下一個(gè)重要功能。

可靠性

不使用時(shí)，無線耳塞通常會(huì)放回充電座中。許多耳塞使用三個(gè)（或更多）引腳連接到底座。

然而，更多的引腳意味著更多的故障點(diǎn)，不僅在制造過程中，而且在現(xiàn)場(chǎng)（或客戶喜歡稱之為“現(xiàn)實(shí)生活”）中。請(qǐng)記住，每個(gè)耳塞都會(huì)從一個(gè)人的耳朵中取出并在其底座中更換，通常每天數(shù)次（一生中可能數(shù)千次）。每次發(fā)生這種情況時(shí)，它并不總是表現(xiàn)出太多的愛，被迫忍受各種苛刻的待遇，有時(shí)甚至是不愉快的條件！在設(shè)計(jì)無線耳塞時(shí)，您應(yīng)該始終尋找方法來盡量減少耳塞/充電器接口處的針腳數(shù)量（理想情況下只有兩個(gè)），以降低它們斷裂的可能性。

快速高效的電池充電

真正的無線耳塞（與其有線耳機(jī)表親相比）的一個(gè)缺點(diǎn)是它有一個(gè)電池。眾所周知，電池會(huì)耗盡電量，當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，音樂就會(huì)停止 - 從字面上看！起床再走取決于電池充電的速度——顯然，越快越好，但我們需要在這里小心。在工程師的世界里，效率就是“熱”的代名詞，如果耳塞沒有有效地充電，它們很快就會(huì)變熱。除了熱量不利于電池壽命這一事實(shí)之外，沒有人愿意將發(fā)熱的耳塞放在耳朵里。您正在尋找的是受控充電，可讓電池快速充電，同時(shí)保持耳塞涼爽。

因此，我們現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)，如果我們想要控制電池充電，我們需要一個(gè)具有兩個(gè)以上引腳的充電接口，但這會(huì)降低可靠性。解決此問題的一種方法是在耳塞和充電器之間使用無線通信，但是，正如我們之前所說，這會(huì)增加耳塞的尺寸并導(dǎo)致電池更快耗盡。似乎沒有最佳解決方案……或者有嗎？

圖 3中的電路布置使用兩個(gè) IC 的組合來克服這些問題。

耳塞與其充電盒通信的一種更有效的方式是將數(shù)據(jù)和電源傳輸組合到一個(gè)有線通道中，從而有效地將數(shù)據(jù)信號(hào)疊加到電源上。這被稱為“電力線通信”（類似于電源插座可用于擴(kuò)展有線網(wǎng)絡(luò)通信的方式）。MAX20340通過提供適用于空間有限應(yīng)用的雙向直流電力線通信接口，實(shí)現(xiàn)了該技術(shù)的新變化。使用該 IC，接口上的引腳數(shù)可以減少到兩個(gè)，這是理想的解決方案，允許以高達(dá) 166.7kbps 的速率進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸。主 IC 位于充電盒中，可尋址的從 IC 位于每個(gè)耳塞中。

圖 1. 用于受控耳塞電池充電的通信 IC 和升降壓轉(zhuǎn)換器的示意圖。

正如我們已經(jīng)說過的，為了防止發(fā)熱，需要盡可能高效地為耳塞電池充電。通過仔細(xì)觀察這個(gè)過程，我們可以找到一個(gè)可能被忽視的功率損耗來源。充電盒中的鋰離子電池（通常為 3.7V）通常使用 DC-DC 轉(zhuǎn)換器 IC 升壓至 5V。然后，該電壓由耳塞中的線性充電器用于電池充電。但是，即使在充電過程中耳塞電池電壓升高，它也始終保持低于 5V。過電壓導(dǎo)致功率以熱量的形式浪費(fèi)。為防止這種情況發(fā)生，線性充電器的輸入（由升壓轉(zhuǎn)換器提供）與電池電壓之間的電壓差應(yīng)隨著充電期間電池電壓的升高而持續(xù)最小化。MAX20343 _上面圖1所示的是一個(gè)升降壓轉(zhuǎn)換器，它可以使用一種稱為動(dòng)態(tài)電壓縮放（或 DVS）的技術(shù)來管理這一點(diǎn)。MAX20340 會(huì)定期查詢耳塞電池電壓并將該信息提供給外殼側(cè)的微控制器。然后，微控制器調(diào)整 MAX20343 的輸出電壓，使其與耳塞電池電壓以及線性充電器所需的額外開銷相匹配。這樣做的好處是可以最大限度地減少外殼側(cè)電池中的能源浪費(fèi)，同時(shí)還可以減少耳塞中的熱量。

因此，正如他們所說，問題已經(jīng)解決了，MAX20340 和 MAX20343 讓我們能夠解決圍繞設(shè)計(jì)小型、可靠耳塞的挑戰(zhàn)，這些耳塞可以以最少的熱量快速充電。

審核編輯：郭婷