即使在疫情為消費電子行業帶來巨大沖擊和不確定性的情況下,真無線耳機(TWS)仍然在今年保持快速的增長,全球市場研究公司Counterpoint Research預測,全球真無線耳機市場規模預計2020年將達到2.30億部,同比增長90%。

TWS耳機小巧、輕便、無拘無束的產品特性促使其快速增長。同時,隨著相關解決方案的不斷成熟,TWS耳機在音質、連接穩定性、傳輸延遲和功耗等用戶關心的產品力層面也在不斷提升。ANC主動降噪和AI語音助手的加入,也將耳機帶入更廣闊的應用空間。與此同時,TWS耳機整體解決方案的成本也在不斷下降。從市場的整體趨勢來看,未來智能手機廠商將逐步以TWS耳機取代有線耳機。

目前市場上大多數TWS耳機均由耳機本體和充電倉兩部分構成。豪威集團旗下韋爾半導體擁有電源管理器件、分立器件、音頻器件、信號鏈和射頻器件等多條產品線,能夠為TWS耳機提供超低功耗電源管理、硅麥克風、霍爾傳感器、系統保護、模擬開關等,如框圖中綠色部分所示,涵蓋一個TWS耳機解決方案中SoC以外的大部分產品。

韋爾半導體提供適用于ANC降噪功能的硅麥克風(MEMSMicrophone)產品WMM7018ABSNA0,采用底部收音,2.75 x 1.85 x 0.90mm的超小尺寸設計。其信噪比高達65dB,能夠為TWS耳機提供靈敏的拾音和純凈的音質,可下沉至20Hz的平坦頻響設計,能夠帶來優異的低頻特性,有利于多MIC匹配,也為后續的算法提供更多空間,進一步提升TWS耳機的主動降噪性能。此外,其聲學過載點(AOP)高達130dBSPL,工作電流僅92uA,符合TWS耳機的寬輸入動態范圍和低功耗等要求。

為便于結構設計,韋爾還推出了與WMM7018ABSNA0同樣小尺寸封裝的頂部收音的降噪專用硅麥克風。其性能與WMM7018ABSNA0相當,頂進音的特點,簡化了用戶聲導管的設計,為整機結構設計帶來更大的靈活性。韋爾半導體在國內LDO市場有著非常好的市場占有率。為了滿足TWS耳機低功耗、小體積、輕量化等需求,推出靜態電流低、輸出精度高、封裝小的WL2825D和WL2815D,非常適合TWS耳機等智能可穿戴設備。

其中,WL2825D的靜態電流可低至0.6uA,能夠有效提高電能利用率,延長設備待機時間;±1%的高輸出電壓精度,確保負載工作在理想的供電環境。其采用DFN1X1-4L封裝,尺寸小,熱阻低,通用性強,能夠滿足TWS耳機輕便小巧的需求。除了WL2825D, 韋爾半導體還有具備更高帶載能力的WL2815D。其功耗稍高,價格更低,為側重性價比的客戶和應用提供了解決方案。提供1.2～3.3V多種輸出電壓版本,其封裝和WL2825D引腳兼容。

充電管理IC

在耳機充電方面,韋爾半導體推出了高集成度充電管理IC解決方案WS4538Q。其輸入耐壓高達28V,充電電壓精度達±1%,可編程充電電流為5～300mA,并具備熱管理功能。WS4538Q同樣采用超緊湊的封裝,高度僅為0.4mm,超小體積適合TWS耳機的空間需求。

此外,還有支持1A線性充電的WS4508S,其采用SOP-8L封裝,具備低截止電流等特性,線性充電外圍電路簡單,紋波小,成本低,可以滿足大多數充電倉的性能需求。

過流保護負載開關(OCP)

在TWS耳機充電倉當中,出于系統對充放電的安全要求,適配器輸入口和PogoPin都需要過流保護。韋爾半導體推出的過流保護負載開關(OCP)WS4612EAA-5/TR具備較低的阻抗,在輸入電壓為5V時,正常的導通電阻僅為60mΩ,可有效減少發熱。其采用業內成熟的SOT23-5L通用封裝,能夠適配更多TWS耳機解決方案,并有利于保證供貨穩定。

過壓保護負載開關(OVP)

為了給充電接口提供更好的保護,抑制高壓浪涌,高性能的過壓保護負載開關(OVP)也是必不可少的。韋爾半導體推出的高性能過壓保護開關WS3241C-12/TR導通電阻僅30mΩ(典型值),可以持續耐受高達29V的直流電壓。內部集成浪涌泄放通路,抑制能力高達100V。對于TWS耳機等便攜式電子產品的充電接口后端電路的兩大天敵“高壓”和“浪涌”,能夠起到有效的防護和抑制作用,從而大大降低產品市返率。

浪涌和ESD保護

TWS耳機在日常使用中需要頻繁地進行取下、戴上等操作,對于其內部的芯片產品來說,勢必面臨靜電考驗,需要采取相應的防護措施。韋爾半導體為TWS耳機推出了全方位的ESD保護解決方案。

在充電倉側,韋爾半導體提供各種封裝的TVS,滿足充電倉側重點防護位置VBUS的不同的浪涌需求。例如采用DFN2020封裝的ESD56161D24,具有較低鉗位電壓(Vcl)和很高的脈沖峰值電流(IPP)。目前業內對浪涌主流要求為±100V,同時要求滿足DC16V以上的直流耐壓。ESD56161D24則能夠滿足高達±300V的更為嚴苛的要求。

另有采用小尺寸0201封裝的ESD54191CZ可應用于VBAT及POGO PIN,可兼顧浪涌和ESD綜合防護性能。在耳機側,重點防護的位置是VBAT、GPIO、POGO PIN,硅麥和DC電源。與充電倉的標準一樣,主流品牌的ESD需要滿足接觸放電4KV,空氣放電10KV的要求。部分品牌要求滿足接觸6KV,空氣15KV的高等級靜電防護要求。這對于超小尺寸的耳機設計提出了很大的挑戰。

韋爾半導體推出的TVS產品ESD73111CZ和ESD73131CZ,采用0201小尺寸封裝,具超低鉗位電壓(低至5.5V和6V),配合結構、電容、磁珠及layout的處理,可以迎接各種靜電挑戰。

MOSFET產品

韋爾半導體擁有多元化MOSFET配置,提供單N、單P、雙N型/雙P型、共Drain等組合型式。具備封裝小、高速開關、低開啟門限電壓、大電流和高可靠性等特點,能夠充分滿足TWS耳機靈活多樣的架構要求,減小元件空間占用,有效利用PCB面積。小體積的高速信號開關N溝道WNM2046E,具有封裝小、高可靠性等特點,可用于耳機系統的開關控制、通訊電路等。高速信號開關P溝道WNM2092C,可用于耳機系統的負載控制和保護。鋰電池保護MWNMD2171作為保護電路的關鍵器件,其經歷了嚴苛的測試驗證和市場檢驗。DFN2*2-6L雙P溝道WNMD2084封裝緊湊、大電流、易操作,幫助客戶從容應對挑戰。

模擬開關

主流TWS耳機及充電倉多采取雙觸點接觸方式,充電倉為耳機充電以及與耳機實現通訊借助的是同一個觸點,需要功能切換。韋爾半導體推出的采用低Ron的雙路單刀雙擲開關WAS4729QB,采用QFN1418-10L封裝,尺寸僅為1.4mm x 1.8mm,占板面積小。其同時還具備邏輯控制簡單,電路穩定可靠等優點。

隨著TWS耳機的SoC方案不斷推陳出新,性能不斷進步,TWS耳機成為未來便攜音頻設備的主流已經是必然的趨勢。豪威集團以強大的技術儲備和研發能力以及完備的產品線為TWS耳機提供一站式解決方案,滿足TWS耳機產品高集成度、超低功耗的要求,推動新一代TWS 耳機在通訊、音質、續航等方面的用戶體驗不斷提升。我們還將持續推出更高性能,更低功耗,更小尺寸的新品,助力TWS耳機為廣大用戶帶來更好的使用體驗。

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