TWS耳机技术解析:从设计方案到芯片应用全解析

TWS,即True Wireless Stereo的缩写,代表着真正无线立体声技术。这种耳机设计摒弃了传统的线材连接,提供单双耳灵活佩戴选择,为用户带来前所未有的便捷体验。近年来,随着科技的飞速进步,TWS蓝牙耳机不仅融入了主动降噪、通话降噪等先进功能,还引入了空间音效、无线充电以及游戏模式等创新特性,极大地提升了用户的使用体验。与此同时,由于主流旗舰手机纷纷取消耳机插孔,TWS耳机已成为当下最受欢迎的耳机类型,市场发展迅猛。展望未来,TWS耳机有望进一步拓展其功能应用,如加入健康监测、运动追踪等实用特性,甚至可能演变为独立音频产品,无需连接音频设备即可播放音频,同时作为物联网的接入点,为各种应用场景带来更多可能性。
目前市场上,TWS蓝牙耳机的主流设计方案可概括为以下三类:

1、分离器件方案

该方案主要包括前端的OVP/OCP保护器件,连接至电池充电模块,进而电池升压为蓝牙耳机提供电力支持及充电。部分蓝牙平台可能需额外配置充电芯片。为确保电池安全,通常会在电池前端增设锂保。而其他独特功能则依托MCU来实现。

此方案的特点在于其外围元件相对较多,对电路板面积有所要求,但非常适合需要复杂UI差异化功能设计的场景。

2、集成SoC方案

针对不同蓝牙主平台芯片的功耗管理需求,我们设计了独特的负载检测和输出电压自动调节功能。通过监测Vout引脚上的负载电流变化(耳机充满后充电电流会减小),当电流低于设定的截止电流并持续超过16秒时,芯片会自是将Vout上的输出电压从5V降低至2.7V,从而降低高耗电蓝牙主芯片的待机功耗。

此外,若耳机充电仓支持无线充电,线圈耦合产生的电压可能不稳定,导致高电压问题。常规解决方法是在接收端增加LDO或BUCK稳压,或在出现高电压时由充电芯片启动过压保护并停止充电。然而,LP7800S的宽工作电压设计确保了在输入电压15V以内时都能稳定工作。这一特性在带无线充电功能的应用中简化了设计并降低了整体成本(支持宽电压输入、低功耗蓝牙耳机充电仓PMU——LP7800S)。

以下为集成方案框图:

同样地,LP7801系列产品也为一款专为TWS充电仓设计的单芯片解决方案SoC。它集成了过压保护、锂电池充电管理、同步升压转换器、充电状态指示以及NTC电池温度保护等多项功能。该芯片的待机电流仅为1.7uA,在升压常开待机状态下,其自身功耗可忽略不计,从而延长了整机的待机时间。其同步升压转换器能支持0.5A的输出,并且效率高达95%。此外,升压模块的开关管脚具有高耐压性,进一步增强了产品的品质可靠性。在轻载模式下,该芯片无音频噪音,有效提升了用户体验。搭配MCU差异化功能,它成为了电源管理的优选。LP7801的高集成度单芯片设计还能节省PCB板的面积,简化设计过程,无需复杂的外围电路。

3、 耳机超高效率快充集成方案

随着TWS耳机中多麦有源降噪等新功能的不断涌现,用户体验得到了显著提升。为了进一步提升用户的使用体验,更快的充电速度和更长的充电仓电池续航时间成为了关键。近期,微源半导体推出了业界领先的超高效率快充方案——LP7810与LP4080的组合。这一方案使得工程师能够轻松构建出简洁而高效能的TWS快充系统,支持高达5C的充电电流,且全程保持低温状态,无发热现象。借助此方案,用户仅需3分钟的充电时间,即可享受长达2小时的音乐播放时光。其中,LP7810作为充电仓的管理芯片,而LP4080H则负责耳机侧的快充管理。

LP7810与LP4080H的组合带来的主要优势包括:支持3C/5C快充,实现低压差充电,确保耳机在5C充电电流下仍能保持低温升。这一特性不仅降低了充电损耗,还使得充电仓电池至耳机电池的转换效率相比传统方案提升了20%。此外,该方案还集成了I2C通讯模块和双向UART通讯,使得外围设备极简,仅需低成本IO型MCU,无需AD型。另一方面,LP4080H芯片以其600nA的超低电流消耗、出色的低压差充电管理、出入仓检测功能、1-wire私有通信协议以及5个逻辑信号等特性脱颖而出。通过1-wire协议,用户能够灵活调整浮充电压、开机信号、复位信号等参数。

4、芯片关键参数概览

在探讨LP7810与LP4080H组合的优势时,我们不可忽视这两款芯片的各自特性。这些参数不仅影响了充电效率,还关乎整体方案的稳定性与易用性。例如,LP4080H芯片以其600nA的超低电流消耗、出色的低压差充电管理功能、以及1-wire私有通信协议等特性,为用户带来了极大的便利与灵活性。这些参数的优化,使得充电过程更为高效、安全,同时也为外围设备简化提供了有力支持。







5、联系我们获取更多信息

若您对LP7810与LP4080H组合的新产品感兴趣,或希望了解更多关于这两款芯片的详细信息,请随时通过以下邮箱与我们取得联系:

我们将竭诚为您提供专业解答与支持。

6、PMU选型表

在寻找适合的电源管理单元(PMU)时,您可能会发现LP7810与LP4080H这两款芯片非常符合您的需求。为了帮助您更详细地了解这两款芯片的特性与优势,我们提供了专门的选型表。通过这份选型表,您可以清晰地看到每款芯片的关键参数、应用领域以及与其他产品的对比。如果您需要进一步的帮助或有任何疑问,请随时联系我们,我们将竭诚为您服务。

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