如何使用霍尔效应传感器和电流检测放大器进行真无线耳机设计

近年来，TWS（True Wireless Stereo，真无线耳机）正在耳机市场中快速崛起。现在，用户在使用流媒体设备时不必再为耳机线的缠绕问题而困扰了。真无线耳机是基于Bluetooth®的无线耳机，其左右通道被分离成独立又相互配对的两个个体。尽管这种创新设计使用户不再需要用线连接手机或其它设备，但这给耳机制造商带来了一系列新的设计挑战。

为了最大限度地延长电池寿命和电池运行时间，耳机必须确保在充电盒中的正确位置，并且可以在充电时高效充电。一种高性价比的做法是将电流检测放大器用于监测耳塞充电，以及将霍尔效应开关用于无线充电盒的开合和耳塞摆放位置能够最大限度地提高这一应用场景的电池充电效率和电池寿命，提高用户体验。

用电流检测放大器进行设计

TWS的电池容量通常低于100-mAh。因此，为了保护并准确地给这些小容量电池充电，我们需要更精确的电流测量。传统电池充电器和电量计在监测更大的电池（如充电箱中的电池）电流方面表现出色，但在监测更低电流方面常常表现一般。

专用电流检测放大器在测量小电流时更加准确。如果您的设计中已经有了微控制器（MCU）或电源管理集成电路（PMIC），那么您可以基于写入MCU或PMIC的算法来使用这些放大器的输出监测和测量电池使用次数和电池寿命。图1显示了一个带有外部电流检测放大器和控制器的电量计。

图1：带外部电流检测放大器和控制器测量的电量计

在无线耳塞充电盒中放置两个小型电流检测放大器（如INA216）能够实现高精度充电电流测量。或者，如果优先考虑解决方案尺寸，则建议使用单个像INA2180一样的双通道电流检测放大器。

如果精度不是重要考虑因素，且假设电流分配相等，那么一个电流传感器可以监测两个耳塞的充电情况。在耳塞中放置一个双向电流检测放大器，如INA191或INA210，可同时实现充电和测量功能。不管您使用哪种拓扑结构，这些器件都可以更好地保护电池，因为即使微小的电流变化也会影响电池的使用寿命。

用霍尔效应传感器进行设计

TWS的新功能是围绕充电和进行的创新。充电盒盖的开合可以用来进行蓝牙连接的开启或关闭，而入盒/出盒检测可以判断是否停止充电以及左右耳配对。其他传感器技术可能无法经济有效地通过合适的灵敏度来正确实现这些功能，所以选择合适的传感器至关重要。图2显示了TWS传感器的布置。

图2：无线耳塞传感器的布置和使用

霍尔效应传感器能够很好地应用于检测充电盒盖和耳塞充电情况。鉴于磁铁已用来合上充电盒盖，因此，以霍尔效应开关的形式使用磁感测解决方案检测盖子显然是一种无需额外零件即可之际连接/断开蓝牙的解决方案。此外，将磁铁放进在耳塞，是一种能够检测充电盒内是否存在耳塞的从而有效充电方法。

选择适合的数字霍尔效应传感器非常重要，并且低频率/低功耗的特性让DRV5032成为了不二之选。对于霍尔效应传感器在耳塞中的应用，完全能够实现每秒提供5次磁铁检测信息。此频率允许您使用DRV5032的低功耗选项，该器件仅消耗约0.5µA的静态电流，不会电池使用时间产生严重影响。

确定充电状态和充电盒盖检测对于使用小容量电池和无线连接的耳塞都至关重要。电流检测放大器和霍尔效应传感器为那些努力围绕这些新特征和挑战进行设计的人员提供了解决方案。