寻找可穿戴设备和可听设备的解决方案

近年来推出了许多可穿戴技术产品。耳戴式设备正在成为最受欢迎的可穿戴技术子集之一。在这个子集中，无线耳塞非常受欢迎，因为它们提供的移动性和无线性。耳塞在三个领域很重要——用于音乐和播客的手机接口、助听器和个人声音放大产品 (PSAP)，它们类似于助听器但没有医疗认证。这三者通常都提供可调频率响应和主动背景噪声消除。一些耳塞还有 4GB 的闪存用于离线播放。每个耳塞都使用需要充电的电池。

尽管使用了大量有线耳塞，但真正的无线立体声 (TWS) 品种才是耳塞的发展方向。根据 Statista 的数据，2018 年第三季度，供应商在全球出货了 1500 万个 TWS 耳塞。到 2019 年第三季度，这一数字达到了 4250 万。可充电耳戴式设备市场的持续成功将取决于将这些小型便携式设备与可靠高效的电源管理系统相集成。在这里，我们将讨论耳塞技术的一些最有前途的应用，并探索便携式设备的电源管理解决方案，该解决方案通过管理电源和数据传输来简化充电器和耳戴式设备之间的连接。

您的耳朵呈现出全新的选择空间

可穿戴设备可以测量用户的脉搏率，而带有麦克风的可穿戴设备可用于向计算机和智能设备发出语音命令，这些设备包含 Google Assistant 和 Amazon Alexa 等数字助理。耳戴式设备还能够集成白噪声和粉红噪声发生器，用于淹没烦人的背景噪声以增强注意力、放松或睡眠。这些应用可能会显着扩大耳塞市场。

可充电设计

TWS 无线耳戴式设备必须在其提供的外壳中为电池充电，通常每四到八小时一次。他们的收费制度对其市场成功至关重要。这些盒子还有一个电池，因此用户可以在旅途中为耳机充电。充电盒通过 USB 端口充电大约需要 1.5 小时。

大多数耳戴式设备在其充电盒中使用三针连接器来提供 5V DC和通信通道。该通信通道用于监控充电盒和耳戴式设备中的电池。此链接也用于固件更新。某些型号还有第四个针脚，用于检测每个耳塞何时放入其盒中。

更好的方法：MAX20340 电源管理 IC

鉴于可听设备的尺寸，接口具有三个或四个触点是一个问题。一种改进的方法仅使用两个引脚，通信链路组合在电源引脚上。MAX20340双向 DC电力线通信管理 IC 将电源和数据传输整合到一个通道中，这意味着只需要两个引脚即可连接充电盒（图 1）。

图 1：MAX20340 采用非常小的 9 焊球、1.358mm 方形 WLP 封装。（来源：贸泽电子）

MAX20340 是该问题的理想解决方案，提供双向 166.7kbps 比特率 I 2 C 链路和高达 1.2A 充电电流的电源管理。该设备用于充电盒（主）和助听器（从）。

MAX20340 还具有自动从设备检测功能，这意味着充电盒无需霍尔效应传感器或专用引脚即可识别耳戴式设备已对接。该芯片包括高 ESD 保护，无需额外的 TVS 二极管。主 IC 位于充电盒中，可寻址从 IC 位于每个耳塞内，如系统图（图 2）所示。

优化充电

耳戴式耳机的充电盒通常包含两种电源：电池和 USB 连接器。外部降压-升压转换器调节所选电源以确保其稳定。图 2显示了使用 Maxim MAX20340 电源管理 IC 的耳戴式充电系统图。

图 2：使用 MAX20340 的耳塞式充电系统框图。该图显示了位于充电盒中的主 IC 和每个耳塞中可检测的从属 IC。充电站还包括一个 USB、电源路径充电器和升降压转换器。（来源：美信集成）

MAX20343 超低静态电流、3.5W、降压-升压稳压器可与 MAX20340 一起使用，以降低耳戴式设备的功耗。MAX20340 间歇性查询两个耳塞电池电压，并将此信息提供给外壳侧的微控制器。然后，MCU 调整降压-升压转换器的输出电压，使其与耳塞电池电压加上线性充电器所需的开销相匹配。这样做的好处是可以最大限度地减少外壳侧电池的能量损失，并显着减少耳塞中散发的热量。这种优化还意味着耳塞可以以更快的速度充电。MAX20343 提供 16 焊球、1.77mm x 2.01mm、0.4mm 间距 WLP 或 12 引脚、2.50mm x 2.50mm、0.5mm 间距 FC2QFN 封装。提供 MAX20343 评估套件，MAX20340EVKIT#。

结论

耳戴式设备是可穿戴设备市场的一个流行子集。真正的无线耳塞正迅速流行起来。谁需要缠绕在一起的电线？良好的无线耳塞设计需要一定的优雅。当然，微型设备的尺寸有限，但电池的电源管理至关重要。耳塞盒和两种设备之间的协同作用至关重要。MAX20340 可以提供这种协同作用，并与 MAX20343 降压-升压稳压器相结合，提供最佳的电源管理。

Jim Harrison 是一名电子工程师，自 1989 年以来一直在工业自动化和科学仪器公司担任高级设计工程职位。2004 年，他转向写作，并在 Hearst Business Media 电子产品杂志担任高级编辑 14 年。他现在是 Lincoln Technology Communications 的顾问。

审核编辑黄宇