TI谈打造高品质TWS耳机的方法论

随着TWS耳机市场的不断发展，消费者对于小尺寸、舒适度提出了更高的要求，厂商需要在缩小整体解决方案尺寸的同时集成更多功能，以提高自身竞争力。针对这一点，德州仪器（TI）带来了观点分享。

TWS耳机的“高品质”追求

一个高品质的TWS耳机应具备高舒适度、主动噪声消除功能以及更长的电池寿命，最好还同时兼具经济实惠。

高品质的TWS耳机可在整个应用生命周期内提供快速稳定且安全的充电环境，延长电池的运行时间，显著减少充电周期，以提升用户体验。设计工程师还可使用功率IC进一步改善TWS应用，并且这些功率IC不会产生任何可闻噪声。

德州仪器（TI）低功率音频和执行器市场和业务开发经理Mike Spence表示，出色的音频体验始于TWS耳机中的驱动器，相对强大的驱动器和优质材料可提供更高的中低音精度。音频信号链需要做到将信号与电路板设计带来的噪声及电流声隔离，与大多耳挂式耳机不同，TWS耳机一般使用的是从RF模块到喇叭的全数字音频信号链。

TWS耳机是在音频输出后直接将其输入到耳道，所以在改善电流声、噪声影响时无需考虑距离或环境因素。因此，TWS耳机主要的设计挑战在于要使设计的各个模块（音效处理、喇叭或射频模块等）能够协同工作，这就需要声学、工业设计师和电气工程师之间进行精心设计与合作，在实现具有耳挂式耳机所有功能的同时，保证其尺寸小型化。而具有这些技术的公司将转向添加和改进TWS耳机的功能，这也意味着耳挂式耳机领域的创新将逐步减少，TWS耳机的创新正后来居上。

2020年初，蓝牙低功耗音频LE Audio标准的发布为未来的音频行业奠定了发展基础。德州仪器（TI）Wi-Fi和双模式BT市场经理Beatrice Fankem表示，蓝牙低功耗音频可使左右耳机的多流音频更加紧密同步，凭借着低功耗和高质量的多音流功能，蓝牙低功耗技术不仅能够改善耳机整体性能，还能创造包括助听器在内的更多新产品和用例。

TWS耳机设计痛点如何解决？

在问及TWS耳机的设计痛点时，德州仪器（TI）低VIN LDO产品市场工程师Wilson Fwu表示，随着TWS耳机的推出与普及，消费者也在最初的设计中发现了多个需要改进之处，包括更长的电池寿命、更小的外形尺寸、更快的响应时间及更好的音质体验。厂商可通过TWS耳机设计中的电源管理系统解决这些问题。

低压差稳压器或LDO是TWS耳机中最常使用的电源管理设备之一，改进途径如下：

• 选择具有较低IQ的LDO，可以更大限度地降低设备的电流消耗，从而延长电池寿命；

• 对于小型应用（例如TWS耳机），选择具有小尺寸的LDO至关重要；

• 选择具有良好负载瞬态响应的LDO可以使用户体验更加精简；

• 选择具有较低噪声和高PSRR的LDO，可显著降低为敏感模拟轨供电的轨电压纹波。

针对LDO和线性电源管理，德州仪器（TI）研发了两种新设备：TPS7A02和TPS7A20。TPS7A02实现了25-nA IQ，使TWS用户可以在保持较小外形的同时延长电池寿命。TPS7A20具有低噪声、较低IQ以及高PSRR的特性，以确保信号干净无噪声。

为了满足消费者需求，设计工程师还可以考虑采用先进半导体工艺和架构的功率IC，以增加运行时间、限制应用的自发热，从而实现高效率、小尺寸、高舒适度。

在设计方面，德州仪器（TI）电流传感器市场和应用经理唐钊补充道：“具有出色噪声消除功能的无线式头戴式耳机外形较为笨重，通常不适合户外活动或运动使用，因此尺寸小巧的主动降噪耳机可以提供更好的用户体验。采取更低功耗和更高效的充电手段有助于无线入耳式耳机持续运行更长时间。”

“电流检测放大器可精确监控电流，延长电池寿命，这对电池来说又增加了一层保护措施。较小尺寸的耳机可以选用WCSP封装，例如德州仪器（TI）INA216和INA191，或者采用多通道单片封装，例如INA2180。霍尔效应传感器则有助于监测充电盒的开启，以确定何时启动蓝牙配对。德州仪器（TI）所研发的低功耗电流传感器INA191和极低功耗霍尔传感器DRV5032（X2SON封装）都有助于降低功耗，延长耳机及其配套无线充电盒的电池寿命。”

此外，据德州仪器（TI）升压和降压-升压型开关稳压器应用及市场经理Christian Schmoeller介绍，德州仪器（TI）拥有广泛的电源IC产品组合，设计工程师可以选择适合其设计风格的解决方案。例如，TWS充电盒在技术上虽然并不需要可编程的降压-升压型DC/DC转换器，但在实际使用时，设计工程师可以通过动态优化充电电压和效率来提高消费者体验。

TWS技术发展机遇

德州仪器（TI）预计,未来通过电池供电的电子设备还将会大幅增加，这类设备都需要精确的电流监测、功率监控和功率保护来延长电池寿命。在TWS充电盒中，使用霍尔传感器自动连接或断开蓝牙是该设备的独特功能，未来也希望在更多电子产品中看到霍尔传感器的创新型用途。

加入更多传感器，集成更多功能，已经成为高端TWS耳机的重要发展方向，高端的TWS耳机内部已包含一系列传感器，可增强健康监测功能。如果消费者接受了这些功能，那么TWS耳机的定价也会相对提高。

德州仪器（TI）电池开关充电器产品市场工程师Alan Lee表示：“随着TWS技术的改进，我们看到了与健康相关的可穿戴应用的发展机遇，例如睡眠耳塞。德州仪器（TI）始终致力于创建具有更小尺寸、更高精度、更多特性和功能的电池充电解决方案。”