發布日期：2022-10-09 點擊率：82
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【導讀】TWS（True Wireless Stereo, 真無線藍牙耳機）需要檢測充電倉蓋的開合，以及耳機是否在位，在這一檢測功能中，霍爾器件因為反應靈敏，體積小，功耗低，受到越來越多的客戶的青睞。在本文中，我們將會介紹市場常見的開關監測方案，以及TI 霍爾傳感器技術在TWS 耳機中的應用。
一、常規開關檢測方案
1、機械彈針檢測
機械彈針結構簡單，對精度要求高，但是使用壽命短，易受粉塵、水汽、振動等因素影響，觸點容易銹化，極易產生金屬疲勞損壞。
2、磁簧開關檢測
磁簧檢測是通過磁鐵感應密封在玻璃管內含有貴金屬材料的觸點。因此，該開關不受濕氣或其他環境因素的影響，觸點不會氧化，缺點是體積大、安裝難、易損壞。
3、紅外光電開關檢測
紅外光電開關把光發射器和接收器面對面地裝在一個槽的兩側。發光器發出紅外光，在開蓋時接收器能收到光，合蓋時槽中光線被遮擋，光電開關便動作。該方案優點是檢測速度快，但功耗大，也怕灰塵水水汽等因素。
4、霍爾開關檢測
通過霍爾效應對磁場變化進行檢測，相對于簧片、機械式一類的開關，其數字輸出干凈平穩，不會出現抖動，沒有沖擊等情況的產生，壽命高、耐振動；相對于紅外光檢測，這種檢測方式不怕油污、水汽和鹽霧污染或腐蝕、不怕灰塵、功耗低、體積小、重量輕、安裝方便。越來越多的TWS耳機開始選擇開關型霍爾器件，耳機插入檢測也逐漸從機械彈針方案轉換為霍爾檢測。
二、霍爾效應以及霍爾傳感器技術的原理
霍爾效應是通電固體導體（或半導體）內部載流子在磁場受洛侖茲力形成偏移，繼而產生感應電壓差，最終洛侖茲力與電場力平衡的過程。霍爾效應常用于磁場測量、電信號測量等方向。
常用的霍爾器件按輸出信號類型分為線性霍爾器件,開關霍爾器件和鎖存霍爾器件。線性霍爾器件輸出為模擬信號，輸出電壓與外部磁場的強弱通常成線性關系。數字霍爾器件輸出為01的電平，其中根據感應磁極的特性不同數字霍爾器件可以分為單極型，雙極型以及鎖存型三種。工作過程如圖1和2所示，通過檢測外部磁場的強弱控制輸出導通或關斷，類似開關的作用。當磁通量密度增大到一定值時，霍爾開關開始動作輸出低電平，該點對應的磁通量密度稱為工作點BOP，由于磁滯作用的影響，如果關掉中的和霍爾開關需要使磁通量密度低于某點，霍爾開關關斷，此時磁通量密度的數值稱為釋放點BRP。
圖1.單極型數字霍爾IC輸出特性
圖2.雙極型數字霍爾IC輸出特性
數字霍爾器件的通常結構如圖3所示由霍爾效應片、電壓調節器、休眠喚醒控制電路、信號放大濾波電路、偏移補償電路、施密特觸發器，開漏極輸出（或推挽輸出）。
圖3. 數字霍爾IC內部結構
三、TI霍爾傳感器技術在TWS耳機里的應用
在TWS藍牙耳機充電倉之中，往往放置了多塊磁鐵用以吸附耳機與倉蓋，每一塊磁鐵的極性朝向都會影響到霍爾IC感應點的磁場感應強度。若選用全極型霍爾IC，充電倉內部磁場即使在倉蓋打開后仍會保持一個較高的值，不能達到霍爾IC的釋放點。因此倉蓋中應使用與原倉內磁場相反的磁極，并選用只對該極性動作的單極型霍爾IC，避開其他磁極的干擾。此外，開關型霍爾IC內部為邏輯控制電路，如圖4所示在輸入端放置濾波電容能夠提供一個干凈供電環境保證內部邏輯能夠正常的工作，電容靠芯片越近，濾波效果越好，一般容量在0.1uF-10uF 。許多工程師計算開關霍爾IC與磁極的有效總氣隙時常常會遇到困難，TI提供了一個在線計算工具Hall Effect Switch Magnetic Field Calculator，并給出了TI霍爾開關產品在不同規格磁鐵下的感應距離，為大家的設計提供參考與便利。
圖4.典型應用電路
圖5. 有效總氣隙計算工具
TI推出的超低功耗DRV5032霍爾效應開關，在TWS耳機里根據客戶不同的需求有表6中七個版本可供選擇。該IC具有較寬的供電電壓1.65-5.5 V，可由電池直接供電。其中采樣頻率為5 Hz的版本在1.8V的供電條件下電流消耗低至0.54 μA，20 Hz版本在3V的供電條件下電流消耗低至1.6 μA。兩種不同的封裝規格SOT-23（2.9*1.3）與X2SON（1.1*1.4），適用不同的倉內結構。此外，單極型版本的IC推挽輸出節省上拉電阻空間，有兩檔磁感應靈敏度能夠提供準確而穩定的磁開關點。工作的溫度范圍支持-40 至 +85°C。
表6.DRV5032霍爾開關版本
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