如何设计小巧可靠的无线耳塞

如果您正在设计真正的无线耳塞，它们需要具备一些关键功能：

小尺寸

可靠性

快速高效的电池充电

让我们更详细地了解这些密切相关的每一个功能，以了解它们为何如此重要，并找出在您的耳塞设计中实现这些功能的原因。

小尺寸

耳朵有各种形状和大小，但即使是耳朵最小的人也需要找到佩戴舒适的耳塞。“真正的无线”耳塞没有任何电线，这很好，但使这成为可能的电子设备必须去某个地方。这可能是显而易见的，但您需要抓住每一个机会，通过减少使用的组件数量来节省空间，使外壳尽可能小。使用无线连接让您的耳塞与其充电盒通信可能听起来很聪明，但这需要一个额外的 IC 占用空间（并且还需要电源）——这正是我们试图避免的。考虑到这一点，让我们继续看看下一个重要功能。

可靠性

不使用时，无线耳塞通常会放回充电座中。许多耳塞使用三个（或更多）引脚连接到底座。

然而，更多的引脚意味着更多的故障点，不仅在制造过程中，而且在现场（或客户喜欢称之为“现实生活”）中。请记住，每个耳塞都会从一个人的耳朵中取出并在其底座中更换，通常每天数次（一生中可能数千次）。每次发生这种情况时，它并不总是表现出太多的爱，被迫忍受各种苛刻的待遇，有时甚至是不愉快的条件！在设计无线耳塞时，您应该始终寻找方法来尽量减少耳塞/充电器接口处的针脚数量（理想情况下只有两个），以降低它们断裂的可能性。

快速高效的电池充电

真正的无线耳塞（与其有线耳机表亲相比）的一个缺点是它有一个电池。众所周知，电池会耗尽电量，当这种情况发生时，音乐就会停止 - 从字面上看！起床再走取决于电池充电的速度——显然，越快越好，但我们需要在这里小心。在工程师的世界里，效率就是“热”的代名词，如果耳塞没有有效地充电，它们很快就会变热。除了热量不利于电池寿命这一事实之外，没有人愿意将发热的耳塞放在耳朵里。您正在寻找的是受控充电，可让电池快速充电，同时保持耳塞凉爽。

因此，我们现在发现，如果我们想要控制电池充电，我们需要一个具有两个以上引脚的充电接口，但这会降低可靠性。解决此问题的一种方法是在耳塞和充电器之间使用无线通信，但是，正如我们之前所说，这会增加耳塞的尺寸并导致电池更快耗尽。似乎没有最佳解决方案……或者有吗？

图 3中的电路布置使用两个 IC 的组合来克服这些问题。

耳塞与其充电盒通信的一种更有效的方式是将数据和电源传输组合到一个有线通道中，从而有效地将数据信号叠加到电源上。这被称为“电力线通信”（类似于电源插座可用于扩展有线网络通信的方式）。MAX20340通过提供适用于空间有限应用的双向直流电力线通信接口，实现了该技术的新变化。使用该 IC，接口上的引脚数可以减少到两个，这是理想的解决方案，允许以高达 166.7kbps 的速率进行双向数据传输。主 IC 位于充电盒中，可寻址的从 IC 位于每个耳塞中。

图 1. 用于受控耳塞电池充电的通信 IC 和升降压转换器的示意图。

正如我们已经说过的，为了防止发热，需要尽可能高效地为耳塞电池充电。通过仔细观察这个过程，我们可以找到一个可能被忽视的功率损耗来源。充电盒中的锂离子电池（通常为 3.7V）通常使用 DC-DC 转换器 IC 升压至 5V。然后，该电压由耳塞中的线性充电器用于电池充电。但是，即使在充电过程中耳塞电池电压升高，它也始终保持低于 5V。过电压导致功率以热量的形式浪费。为防止这种情况发生，线性充电器的输入（由升压转换器提供）与电池电压之间的电压差应随着充电期间电池电压的升高而持续最小化。MAX20343 _上面图1所示的是一个升降压转换器，它可以使用一种称为动态电压缩放（或 DVS）的技术来管理这一点。MAX20340 会定期查询耳塞电池电压并将该信息提供给外壳侧的微控制器。然后，微控制器调整 MAX20343 的输出电压，使其与耳塞电池电压以及线性充电器所需的额外开销相匹配。这样做的好处是可以最大限度地减少外壳侧电池中的能源浪费，同时还可以减少耳塞中的热量。

因此，正如他们所说，问题已经解决了，MAX20340 和 MAX20343 让我们能够解决围绕设计小型、可靠耳塞的挑战，这些耳塞可以以最少的热量快速充电。

审核编辑：郭婷