提升TWS耳機續(xù)航，需要什么樣的“充電樁”？

根據IDC發(fā)布的最新數據，2020年全球可穿戴設備的出貨量預計可達到3.96億臺，與2019年相比增長14.5％。如果從可穿戴細分市場來看，可聽式穿戴設備（Hearables）占到了總出貨量的近六成，表現十分搶眼。

圖1：全球可穿戴市場出貨量分析（資料來源：IDC）

可聽式穿戴設備之所以能夠達到如此大的規(guī)模，背后的一個最重要的推手就是TWS真無線耳機的崛起。自從2016年蘋果推出AirPods以來，在很短的時間內就取得了巨大的市場成功——如今在每天上下班通勤途中，總是能夠看到擦肩而過行人耳邊露出的白色“小蝌蚪”，AirPos的市場滲透率由此可見一斑。

這也引發(fā)了其他友商的入局和跟進，最終成就了TWS市場整體的繁榮。根據IDC早前的市場分析，TWS耳機在過去幾年中一直保持著100%的增長率，2019年的出貨量達到了1.2億臺，而2020年底有望突破2億臺。

圖2：全球TWS耳機市場走勢及各廠商市場占有率（資料來源：IDC）

不過從分析數據中我們能夠很明顯看到，盡管受到“群狼”的圍攻，蘋果仍以超過40%的市占率穩(wěn)坐TWS市場的頭把交椅。這與其先入為主的市場策略有關，但另一方面，從綜合的產品性能來看，能夠與AirPods掰手腕的TWS產品確屬鳳毛麟角。很多廠商，包括一些以前在藍牙耳機領域頗有建樹的品牌，在第一代TWS產品上都踩過坑，可見TWS的技術門檻還是不容小覷的。有AirPods這樣的行業(yè)標桿在前，后來者的壓力自然不小。

從最終用戶的角度來看，消費者的胃口也被越吊越高，對TWS產品的要求也原來也多——TWS的音質不能太“白開水”；延時也要盡可能短，不能耽誤“吃雞”；降噪方面不管是被動式還是主動式，總之要有所作為。當然，還有一個最為關鍵的指標，那就是TWS的續(xù)航要盡可能長，越長越好！

說實話，在一個僅幾克重的耳機里，要擠下主控藍牙芯片、音頻解碼器、揚聲器、麥克風，以及存儲器、傳感器等元器件，難度已然不小，想要安放一個容量大一些的電池就更難了，這也使得TWS耳機在續(xù)航表現方面通常敵不過傳統(tǒng)的藍牙耳機。不過為此，AirPods已經給出了一個合理的解決方案，那就是利用一個耳機收納充電倉，在不使用耳機的時候隨時為其充電，每次拿出耳機時都確保其能量滿滿，也使得耳機的累計續(xù)航時間大大增加——經由充電倉補充電能，初代的TWS的總續(xù)航能力都在10-20小時，而目前最新款的TWS都提升到了25-30小時。

與空間狹小局促的耳機相比，人們可能會認為TWS充電倉的設計會輕松不少，而實際上其中的挑戰(zhàn)也不簡單，其中最突出的挑戰(zhàn)來自兩個方面：

?更小的體積：作為一個便攜設備，TWS的充電倉體積同樣會受到約束，而且從目前的趨勢來看，充電倉中還會不斷增添新的功能——如無線充電——因此其在空間利用率上也是需要錙銖必較的。

?更高的效率：效率不高，可能會在充電過程中導致耳機發(fā)熱，進而影響充電速度，同時也會造成更多能量的損耗，影響總的續(xù)航時間。

解決上述問題，就需要經過專門優(yōu)化的產品提供助力。好消息是，我們已經能夠在市場上看到針對性的產品和解決方案。

比如在簡化耳機充電電路，壓縮系統(tǒng)空間方面，Maxim Integrated前不久就提出了一種新穎的解決方案。

傳統(tǒng)的TWS充電過程中，需要使用3個或更多的引腳，其中兩個引腳用于充電，其他引腳用來在充電盒和耳機之間建立通信（或數據）通道，一方面跟蹤耳機電池的充電狀態(tài)以便對充電過程進行調控，另一方面實現設備固件升級和/或用于工廠調試，在一些方案中還使用專用的（pogo）引腳檢測耳機是否被放入充電盒。但更多的引腳，也就意味著電路布線的復雜性會增加，而且會在可靠性上引入額外的風險。

圖3：典型的充電倉為耳機充電電路，需要使用至少3個引腳（圖源：Maxim）

對此，Maxim Integrated提出了一種“電力線通信”解決方案——MAX20340直流電力線通信管理IC，它將數據和電源傳輸組合到單個通道，將數據信號疊加到電源上，這樣一來僅使用2個引腳就可以同時實現電力傳輸（最大充電電流為1.2A）和雙向通信（速率高達166.7kbp），整個充電系統(tǒng)也相應地得以簡化。

圖4：MAX20340僅需要兩個引腳即可實現耳機和充電盒之間的數據和電源傳輸（圖源：Maxim）

在提升充電倉為耳機充電的效率方面，Maxim Integrated同樣也提出了一個獨特的解決方案。

典型的充電方案中，充電倉中的鋰離子電池會以5V的電壓向TWS耳機充電，即使耳機電池電壓隨著充電過程逐漸升高，充電倉輸出的電壓——也就是耳機線性充電器的輸入電壓——始終會保持在5V，而這樣的高電壓會導致更多的功率以熱量耗散掉，影響整體的效率。

Maxim Integraetd在新推出的MAX20343升/降壓轉換器中，采用動態(tài)電壓調節(jié)（DVS）技術解決了這一問題——在充電過程中，由升壓轉換器提供的充電倉輸出的電壓（耳機線性充電器的輸入電壓）與電池電壓之間的電壓差，隨著電池電壓升高而改變，從而減小能量損耗，提高效率。

圖5：MAX20343升/降壓轉換器采用DVS）的技術提升充電效率（圖源：Maxim）

上述的MAX20340與MAX20343配合使用，就構成了一個以小型化、高效率為特點的TWS充電倉解決方案：MAX20340間歇地查詢耳機電池電壓，并將該信息提供給充電倉中的微控制器；微控制器調節(jié)MAX20343的輸出電壓，使其與耳機電池電壓加上線性充電器所需的附加裕量相匹配，這樣能夠最大程度降低充電倉中電池的能源浪費，也可避免耳機充電時溫度過熱，以實現更快的充電速率。

圖6：MAX20340與MAX20343配合實現的TWS充電倉解決方案（圖源：Maxim）

與物聯網時代的其他電池供電、無線連接的產品一樣，TWS也面臨著嚴峻的電源管理的挑戰(zhàn)。就像電動汽車行使過程中需要一個個“充電樁”為其補充能量、延伸航程一樣，TWS的充電倉也成為了提升耳機續(xù)航的關鍵一環(huán)。幸運的是，創(chuàng)新的技術正在讓TWS的續(xù)航體驗不斷提升，這也會進一步推動整個TWS市場持續(xù)的發(fā)展，同時為其他更多新概念的Hearables產品的誕生創(chuàng)造條件。

責任編輯：haq