TWS(True Wireless Stereo, 真無(wú)線(xiàn)立體聲)藍牙耳機是近年來(lái)異�；馃岬囊纛l產(chǎn)品。它借助藍牙芯片，先將手機與主耳機建立無(wú)線(xiàn)連接，再建立起主耳機和副耳機的無(wú)線(xiàn)通訊，從而完全摒棄了傳統耳機間的線(xiàn)材連接，極大地方便了用戶(hù)的使用。另外，主耳機是可以單獨使用的，完全能夠勝任現有市場(chǎng)上的單顆藍牙耳機的應用需求，使用功能非常強大。因此自從2016年9月蘋(píng)果發(fā)布第一款TWS耳機——Airpods以來(lái)，市場(chǎng)反響就非常熱烈，后續音頻廠(chǎng)商見(jiàn)此迅速跟進(jìn)，扎堆布局TWS藍牙耳機，使TWS耳機市場(chǎng)異彩紛呈。接下來(lái)Bluetooth 5 將帶來(lái)更精彩的使用者體驗，新的充電盒設計會(huì )讓消費者更為方便。

輕巧且便于攜帶是TWS耳機最為重要的設計目標，受限于充電盒和耳機的狹小空間，這兩部分所用的電池容量都無(wú)法做大，充電盒的容量一般在1000mAh以?xún)?其中又以200-700mAh范圍內最為常見(jiàn))，而耳機端的容量更小，絕大部分都小于100mAh。因此無(wú)論是充電盒還是耳機，都應該重視系統低功耗的設計，保證產(chǎn)品有較長(cháng)的使用時(shí)間。

1、充電盒系統介紹

詳細的充電盒系統框圖如下：

圖1 TWS充電盒系統框圖

信號鏈部分，傳感器主要有霍爾傳感器，實(shí)現盒子的開(kāi)合檢測。LED燈實(shí)現酷炫的顯示效果，藍牙芯片則可以將盒子信息傳送給手機，便于手機查看盒子電量信息。按鍵檢測可能需要一些邏輯器件，如SN74LVC1G74這種D觸發(fā)器，可以將按鍵的脈沖沿轉變成電平的翻轉，便于MCU記錄按鍵信息。

電源軌部分，一般輸入口做成5V的micro USB接口(蘋(píng)果的Airpods是lightning接口，也是5V)�？紤]到當前有不少支持高壓快充的適配器，因此充電盒需要一個(gè)過(guò)壓保護芯片做誤插防護，再加一顆charger給鋰電池充電。目前很多的charger都集成了過(guò)壓保護的功能，但是過(guò)壓響應時(shí)間大部分是us級別，建議額外再加一顆過(guò)壓保護芯片做快速保護。Charger方面，建議用帶power-path(即路徑管理)的charger，一方面，當盒子電池電量較低時(shí)，插上適配器可以立刻得到較高的系統電壓，保證盒子可以立刻給低電量耳機供電；另一方面，當快充電流設置的較小時(shí)，若負載需要恒定吃載(如驅動(dòng)LED燈)，這部分的負載很可能在charger的截止電流附近，不帶power-path功能的話(huà)charger很可能無(wú)法判斷電池已經(jīng)充滿(mǎn)，使用體驗就會(huì )差一些。

電池一般都是單節鋰電池，一般是由電池包廠(chǎng)商提供，并且已經(jīng)將電量計和二次保護IC封包在內，保證電池更可靠的工作。單節鋰電池的電源主要供給兩部分：一部分升壓到5V給耳機供電，另一部分降壓到3V及以下給盒子內的MCU/Sensor等。

TI的產(chǎn)品非常豐富，能夠覆蓋充電盒絕大部分的需求，這里簡(jiǎn)要推薦如下幾款I(lǐng)C，用在充電盒里再合適不過(guò)。推薦的指標主要是封裝和功耗，功耗主要是IC在enable下的靜態(tài)電流。需要提一下的是，由于過(guò)壓保護和charger是在充電的時(shí)候才工作，此時(shí)adapter外掛，電源充足，因此這兩部分不要求Iq小，但應該重視charger的漏電電流。

表1 TI充電盒方案匯總

2、耳機系統介紹

TWS一般有兩個(gè)耳機，他們的系統都是一樣的，詳細框圖如下：

圖2 耳機系統框圖

信號鏈部分，藍牙芯片負責接收手機發(fā)送過(guò)來(lái)的數據，然后經(jīng)過(guò)耳放推動(dòng)耳機。傳感器主要是重力傳感器，檢測耳機晃動(dòng)等信號。目前藍牙芯片的集成度非常高，還能做一些調音的功能。

電源軌部分，受限于非常狹小的耳機空間，耳機端已經(jīng)不能做成micro USB接口的供電口，通常改成特定的金屬接觸片方式。耳機輸入電源來(lái)自于充電盒升壓穩定后的5V，因此耳機端的輸入不存在過(guò)壓的風(fēng)險，可以不必加過(guò)壓保護，直接經(jīng)過(guò)charger后就可以給單節鋰電池充電。同樣的，電池同樣由電池包廠(chǎng)商提供，集成電量計和二次保護。電池經(jīng)過(guò)LDO再給系統提供2.5V或者1.8V的電源。

與充電盒的設計相比，耳機端的空間更小，對芯片的封裝和功耗提出了更嚴格的要求。針對這種情況，TI在耳機端的方案匯總如下：

表2 TI耳機方案匯總

3、TI參考設計

TI有一份針對TWS耳機的參考設計TIDA-050007，下圖是參考設計的系統框圖。這個(gè)參考設計整機功耗只有18uA，并且采用簡(jiǎn)易算法實(shí)現升壓的動(dòng)態(tài)調節，在充電盒電池電壓高于耳機電池電壓時(shí)升壓芯片TPS61099還可以進(jìn)入直通模式，使充電效率進(jìn)一步提高。

圖3 TIDA-050007參考設計系統框圖

圖4 TI線(xiàn)上資源無(wú)線(xiàn)耳機系統框圖

綜上所述，TWS耳機的設計需要綜合考慮功耗、封裝和性能，使產(chǎn)品具有更好的體驗結果。借助于TI豐富的資源，可以幫助你輕松實(shí)現產(chǎn)品的設計。