豪威集团发布“一站式”TWS真无线耳机的解决方案

即使在疫情为消费电子行业带来巨大冲击和不确定性的情况下,真无线耳机(TWS)仍然在今年保持快速的增长,全球市场研究公司Counterpoint Research预测,全球真无线耳机市场规模预计2020年将达到2.30亿部,同比增长90%。

TWS耳机小巧、轻便、无拘无束的产品特性促使其快速增长。同时,随着相关解决方案的不断成熟,TWS耳机在音质、连接稳定性、传输延迟和功耗等用户关心的产品力层面也在不断提升。ANC主动降噪和AI语音助手的加入,也将耳机带入更广阔的应用空间。与此同时,TWS耳机整体解决方案的成本也在不断下降。从市场的整体趋势来看,未来智能手机厂商将逐步以TWS耳机取代有线耳机。

目前市场上大多数TWS耳机均由耳机本体和充电仓两部分构成。豪威集团旗下韦尔半导体拥有电源管理器件、分立器件、音频器件、信号链和射频器件等多条产品线,能够为TWS耳机提供超低功耗电源管理、硅麦克风、霍尔传感器、系统保护、模拟开关等,如框图中绿色部分所示,涵盖一个TWS耳机解决方案中SoC以外的大部分产品。

韦尔半导体提供适用于ANC降噪功能的硅麦克风(MEMSMicrophone)产品WMM7018ABSNA0,采用底部收音,2.75 x 1.85 x 0.90mm的超小尺寸设计。其信噪比高达65dB,能够为TWS耳机提供灵敏的拾音和纯净的音质,可下沉至20Hz的平坦频响设计,能够带来优异的低频特性,有利于多MIC匹配,也为后续的算法提供更多空间,进一步提升TWS耳机的主动降噪性能。此外,其声学过载点(AOP)高达130dBSPL,工作电流仅92uA,符合TWS耳机的宽输入动态范围和低功耗等要求。

为便于结构设计,韦尔还推出了与WMM7018ABSNA0同样小尺寸封装的顶部收音的降噪专用硅麦克风。其性能与WMM7018ABSNA0相当,顶进音的特点,简化了用户声导管的设计,为整机结构设计带来更大的灵活性。韦尔半导体在国内LDO市场有着非常好的市场占有率。为了满足TWS耳机低功耗、小体积、轻量化等需求,推出静态电流低、输出精度高、封装小的WL2825D和WL2815D,非常适合TWS耳机等智能可穿戴设备。

其中,WL2825D的静态电流可低至0.6uA,能够有效提高电能利用率,延长设备待机时间;±1%的高输出电压精度,确保负载工作在理想的供电环境。其采用DFN1X1-4L封装,尺寸小,热阻低,通用性强,能够满足TWS耳机轻便小巧的需求。除了WL2825D, 韦尔半导体还有具备更高带载能力的WL2815D。其功耗稍高,价格更低,为侧重性价比的客户和应用提供了解决方案。提供1.2～3.3V多种输出电压版本,其封装和WL2825D引脚兼容。

充电管理IC

在耳机充电方面,韦尔半导体推出了高集成度充电管理IC解决方案WS4538Q。其输入耐压高达28V,充电电压精度达±1%,可编程充电电流为5～300mA,并具备热管理功能。WS4538Q同样采用超紧凑的封装,高度仅为0.4mm,超小体积适合TWS耳机的空间需求。

此外,还有支持1A线性充电的WS4508S,其采用SOP-8L封装,具备低截止电流等特性,线性充电外围电路简单,纹波小,成本低,可以满足大多数充电仓的性能需求。

过流保护负载开关(OCP)

在TWS耳机充电仓当中,出于系统对充放电的安全要求,适配器输入口和PogoPin都需要过流保护。韦尔半导体推出的过流保护负载开关(OCP)WS4612EAA-5/TR具备较低的阻抗,在输入电压为5V时,正常的导通电阻仅为60mΩ,可有效减少发热。其采用业内成熟的SOT23-5L通用封装,能够适配更多TWS耳机解决方案,并有利于保证供货稳定。

过压保护负载开关(OVP)

为了给充电接口提供更好的保护,抑制高压浪涌,高性能的过压保护负载开关(OVP)也是必不可少的。韦尔半导体推出的高性能过压保护开关WS3241C-12/TR导通电阻仅30mΩ(典型值),可以持续耐受高达29V的直流电压。内部集成浪涌泄放通路,抑制能力高达100V。对于TWS耳机等便携式电子产品的充电接口后端电路的两大天敌“高压”和“浪涌”,能够起到有效的防护和抑制作用,从而大大降低产品市返率。

浪涌和ESD保护

TWS耳机在日常使用中需要频繁地进行取下、戴上等操作,对于其内部的芯片产品来说,势必面临静电考验,需要采取相应的防护措施。韦尔半导体为TWS耳机推出了全方位的ESD保护解决方案。

在充电仓侧,韦尔半导体提供各种封装的TVS,满足充电仓侧重点防护位置VBUS的不同的浪涌需求。例如采用DFN2020封装的ESD56161D24,具有较低钳位电压(Vcl)和很高的脉冲峰值电流(IPP)。目前业内对浪涌主流要求为±100V,同时要求满足DC16V以上的直流耐压。ESD56161D24则能够满足高达±300V的更为严苛的要求。

另有采用小尺寸0201封装的ESD54191CZ可应用于VBAT及POGO PIN,可兼顾浪涌和ESD综合防护性能。在耳机侧,重点防护的位置是VBAT、GPIO、POGO PIN,硅麦和DC电源。与充电仓的标准一样,主流品牌的ESD需要满足接触放电4KV,空气放电10KV的要求。部分品牌要求满足接触6KV,空气15KV的高等级静电防护要求。这对于超小尺寸的耳机设计提出了很大的挑战。

韦尔半导体推出的TVS产品ESD73111CZ和ESD73131CZ,采用0201小尺寸封装,具超低钳位电压(低至5.5V和6V),配合结构、电容、磁珠及layout的处理,可以迎接各种静电挑战。

MOSFET产品

韦尔半导体拥有多元化MOSFET配置,提供单N、单P、双N型/双P型、共Drain等组合型式。具备封装小、高速开关、低开启门限电压、大电流和高可靠性等特点,能够充分满足TWS耳机灵活多样的架构要求,减小元件空间占用,有效利用PCB面积。小体积的高速信号开关N沟道WNM2046E,具有封装小、高可靠性等特点,可用于耳机系统的开关控制、通讯电路等。高速信号开关P沟道WNM2092C,可用于耳机系统的负载控制和保护。锂电池保护MWNMD2171作为保护电路的关键器件,其经历了严苛的测试验证和市场检验。DFN2*2-6L双P沟道WNMD2084封装紧凑、大电流、易操作,帮助客户从容应对挑战。

模拟开关

主流TWS耳机及充电仓多采取双触点接触方式,充电仓为耳机充电以及与耳机实现通讯借助的是同一个触点,需要功能切换。韦尔半导体推出的采用低Ron的双路单刀双掷开关WAS4729QB,采用QFN1418-10L封装,尺寸仅为1.4mm x 1.8mm,占板面积小。其同时还具备逻辑控制简单,电路稳定可靠等优点。

随着TWS耳机的SoC方案不断推陈出新,性能不断进步,TWS耳机成为未来便携音频设备的主流已经是必然的趋势。豪威集团以强大的技术储备和研发能力以及完备的产品线为TWS耳机提供一站式解决方案,满足TWS耳机产品高集成度、超低功耗的要求,推动新一代TWS 耳机在通讯、音质、续航等方面的用户体验不断提升。我们还将持续推出更高性能,更低功耗,更小尺寸的新品,助力TWS耳机为广大用户带来更好的使用体验。

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