TWS Earbuds के लिए एक चार्जिंग पोगो पिन कैसे डिज़ाइन करें?
TWS वायरलेस ब्लूटूथ हेडसेट स्मार्ट पहनने योग्य उत्पादों में से एक है जो हाल के वर्षों में पुरुषों, महिलाओं और बच्चों द्वारा इष्ट है। यह छोटा और अति सुंदर है, चार्ज करने में आसान है, और इसमें अलग-अलग आकार हैं। इसे चार्जिंग डिब्बे में रखकर चार्ज किया जा सकता है। TWS ब्लूटूथ हेडसेट चार्जिंग डिब्बे में मुख्य घटकों में से एक pogopin पोगो पिन है। TWS इयरफ़ोन को पोगो पिन के मादा छोर और चार्जिंग डिब्बे में पुरुष अंत के बीच संपर्क के माध्यम से चार्ज किया जा सकता है। बाजार पर ब्रांडों के 80% पोगो पिन का उपयोग करने के लिए चुनते हैं।
TWS हेडसेट चार्जिंग बॉक्स एक आदर्श कम शक्ति वायरलेस चार्जिंग परिदृश्य है। वायरलेस चार्जिंग को सपोर्ट करने वाले टीडब्ल्यूएस वायरलेस ब्लूटूथ हेडसेट में चार्जिंग बॉक्स में बिल्ट-इन वायरलेस चार्जिंग रिसीविंग मॉड्यूल है, जिसे वायरलेस चार्जिंग मोबाइल फोन की तरह चार्ज करने के लिए वायरलेस चार्जर पर रखा जा सकता है, वायरलेस चार्जिंग को साकार करता है। ब्लूटूथ + वायरलेस चार्जिंग के "वास्तव में वायरलेस" फ़ंक्शन में एक बेहतर उपयोगकर्ता अनुभव है और इसे टीडब्ल्यूएस सच्चे वायरलेस ब्लूटूथ हेडसेट का अंतिम रूप माना जाता है।
अब टीडब्ल्यूएस इयरफ़ोन मोटे तौर पर हेडफ़ोन सिर के डिजाइन में लंबे हैंडल और कॉकलियर-प्रकार के बीन स्प्राउट आकार के साथ अर्ध-इन-ईयर प्रकारों में विभाजित हैं। ईयरफोन का आकार अपेक्षाकृत सीमित है, इसलिए चार्जिंग और चार्जिंग का डिजाइन एक सफलता बिंदु बन गया है। तस्वीर सही है चार्जिंग डिब्बे ने दो रंग इंजेक्शन मोल्डिंग प्रक्रिया, एक अंधेरे और पारदर्शी उपस्थिति, और आंतरिक बनावट डिजाइन का उपयोग करके, और पावर डिस्प्ले के साथ, एक उच्च गुणवत्ता, उच्च तकनीक की भावना पैदा करने के लिए थोड़ा नवाचार किया है!
TWS Headphones की सात डिजाइन चुनौतियों को कैसे दूर करें?
टीडब्ल्यूएस हेडफोन डिजाइन में सबसे कठिन चुनौतियों में से कुछ को हल करने में मदद करने के लिए यहां कुछ सुझाव दिए गए हैं, बिजली के नुकसान को कम करने से लेकर स्टैंडबाय समय का विस्तार करने तक।
2016 में ऐप्पल एयरपॉड्स की रिहाई के बाद से, सच्चे वायरलेस स्टीरियो (टीडब्ल्यूएस) बाजार में सालाना 50% से अधिक की वृद्धि हुई है। इन लोकप्रिय वायरलेस इयरफ़ोन के निर्माता अपने उत्पादों को अलग करने के लिए तेजी से अधिक सुविधाओं (शोर रद्दीकरण, नींद और स्वास्थ्य निगरानी) को जोड़ रहे हैं, लेकिन इन सभी सुविधाओं को जोड़ना एक डिजाइन इंजीनियरिंग दृष्टिकोण से मुश्किल हो सकता है। इस लेख में, मैं इन चुनौतियों की समीक्षा करूंगा।
चुनौती 1: कुशल चार्जिंग के माध्यम से बिजली के नुकसान को कम से कम करें
वायरलेस इयरफ़ोन के साथ एक बड़ी चुनौती एक लंबा कुल प्लेबैक समय प्राप्त कर रही है जब बैटरी डिब्बे में ईयरबड्स पूरी तरह से चार्ज हो जाते हैं। इस मामले में, एक लंबा कुल प्लेटाइम चक्रों की संख्या में अनुवाद करता है जो एक मामला अपने पूरे जीवनकाल में ईयरबड्स को चार्ज कर सकता है। लक्ष्य चार्ज मामले से ईयरबड्स तक बिजली की खपत को कम करते हुए कुशल चार्जिंग को सक्षम करना है।
चार्जिंग केस ईयरबड्स को चार्ज करने के लिए इनपुट के रूप में बैटरी से एक वोल्टेज आउटपुट करता है। विशिष्ट समाधान एक निश्चित 5V आउटपुट के साथ एक बूस्ट कनवर्टर है, जो एक सरल समाधान है लेकिन चार्जिंग दक्षता का अनुकूलन नहीं करता है। क्योंकि ईयरबड बैटरी इतनी छोटी होती है, डिजाइनर अक्सर रैखिक चार्जर का उपयोग करते हैं। एक निश्चित 5V इनपुट का उपयोग करते समय, चार्जिंग दक्षता बहुत कम होती है - के बारे में (V in - 5 चमगादड़) / 5 in - और बैटरी पर एक बड़ी वोल्टेज ड्रॉप का उत्पादन करती है। एक औसत 3.6V ली-आयन बैटरी वोल्टेज (आधा डिस्चार्ज) में प्लग और 5V इनपुट केवल 72% कुशल है।
इसके विपरीत, चार्जिंग मामले में समायोज्य-आउटपुट बूस्ट या हिरन-बूस्ट कनवर्टर का उपयोग करके ईयरबड्स की विशिष्ट वोल्टेज सीमा से थोड़ा ऊपर वोल्टेज का उत्पादन होता है। इसके लिए चार्जिंग केस से ईयरबड्स तक संचार की आवश्यकता होती है, जो चार्जिंग केस के आउटपुट वोल्टेज को गतिशील रूप से ईयरबड्स की बैटरी में समायोजित करने की अनुमति देता है क्योंकि वोल्टेज बढ़ता है। यह नुकसान को कम करेगा, चार्जिंग दक्षता में वृद्धि करेगा, और गर्मी को काफी कम करेगा।
चुनौती 2: कार्यक्षमता को हटाने के बिना समग्र समाधान नीचे स्केल
दूसरी चुनौती छोटी बैटरी डिजाइन की सामान्य चुनौती है - एक बैटरी को कैसे डिजाइन किया जाए जो आकार में छोटा और फ़ंक्शन में बड़ा है। यहां सरल समाधान अधिक एकीकृत घटकों के साथ एक डिवाइस चुनना है। उदाहरण के लिए:
एक उच्च प्रदर्शन रैखिक चार्जर जो मुख्य सिस्टम ब्लॉक को शक्ति देने के लिए अतिरिक्त पावर रेल को एकीकृत करता है और वायरलेस हेडफ़ोन के लिए एक अच्छा विकल्प है।
पावर-भूखे, कम वोल्टेज मॉड्यूल जैसे प्रोसेसर और वायरलेस संचार मॉड्यूल के लिए, स्वैप रेल दक्षता के लिए सबसे अच्छा विकल्प हैं।
सेंसर ब्लॉकों के लिए जिन्हें बहुत अधिक शक्ति की आवश्यकता नहीं होती है, लेकिन कम शोर की आवश्यकता होती है, कम ड्रॉपआउट नियामक का उपयोग करने पर विचार करें।
यदि आपके वायरलेस हेडफ़ोन रक्त ऑक्सीजन और हृदय गति को मापने के लिए एनालॉग फ्रंट-एंड सेंसर को एकीकृत करते हैं, तो आपको बूस्ट कनवर्टर की भी आवश्यकता हो सकती है।
चार्जर में अतिरिक्त पावर रेल को एकीकृत करने के लिए अपने फार्म कारक को छोटा बनाने के लिए। हालांकि, छोटे आकारों के लिए अधिक एकीकृत करने और लचीलेपन के लिए अधिक असतत एकीकृत सर्किट (आईसी) का उपयोग करने के बीच हमेशा एक व्यापार बंद होता है।
चुनौती 3: स्टैंडबाय समय का विस्तार करें
स्टैंडबाय समय महत्वपूर्ण है क्योंकि उपभोक्ताओं को उम्मीद है कि चार्जिंग मामले के बाहर निष्क्रियता की लंबी अवधि के बाद भी हेडफ़ोन संगीत चलाएंगे। ईयरबड्स में उच्च-ऊर्जा-घनत्व लिथियम-आयन बैटरी का उपयोग करने पर विचार करें, जिसमें आमतौर पर उच्च वोल्टेज होते हैं, जैसे कि 4.35 वोल्ट और 4.4 वोल्ट, ताकि अधिक ऊर्जा संग्रहीत की जा सके। एक पूर्ण चार्ज भी स्टैंडबाय समय को बढ़ाता है। एक बैटरी चार्जर जिसमें एक छोटी समाप्ति वर्तमान और उच्च सटीकता होती है, स्टैंडबाय समय का विस्तार करने में मदद करेगी। यदि समाप्ति वर्तमान विनिर्देश में एक बड़ा बदलाव होता है, तो आप एक उच्च समाप्ति वर्तमान के साथ समाप्त हो सकते हैं, जिससे समय से पहले समाप्ति और कम बैटरी हो सकती है।
एक 41mAh बैटरी 1mAh बनाम 4mAh पर समाप्त हो गया। यदि नाममात्र 1mA समाप्ति वर्तमान व्यापक रूप से भिन्न होता है और वास्तव में 4mA पर समाप्त होता है, तो 2mAh बैटरी क्षमता अप्रयुक्त रहेगी। कम समाप्ति वर्तमान और उच्च सटीकता प्रभावी बैटरी क्षमता में वृद्धि।
कम quiescent वर्तमान (IQ) भी विभिन्न ऑपरेटिंग मोड में स्टैंडबाय समय को लम्बा खींचने के लिए महत्वपूर्ण है। पावर पथ और निकट-शून्य जहाज मोड वर्तमान के साथ एक चार्जर आईसी उत्पाद के उपभोक्ता तक पहुंचने से पहले बैटरी को सूखाने से रोक देगा, जिससे तत्काल उपयोग को सक्षम किया जा सके। पावर पथ को क्रमशः सिस्टम और बैटरी पथों का प्रबंधन करने के लिए बैटरी और सिस्टम के बीच धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर रखने की आवश्यकता होती है।
जब ईयरबड्स संगीत बजा रहे हैं या सुस्ती कर रहे हैं, तो सिस्टम की वर्तमान खपत को जितना संभव हो उतना छोटा होना चाहिए। कम के साथ एक चार्जर ढूँढना मैं भी सिस्टम के मैं कम से कम. उदाहरण के लिए, बैटरी चार्जर को अक्सर बैटरी तापमान को मापने के लिए एक नकारात्मक तापमान गुणांक (एनटीसी) प्रतिरोधक नेटवर्क की आवश्यकता होती है।
बैटरी मोड में काम करते समय बाजार पर कुछ समाधान NTC वर्तमान को बंद नहीं कर सकते हैं। वे या तो बहुत अधिक रिसाव करते हैं (जब एनटीसी नेटवर्क में 20 kΩ होता है तो रिसाव 200μ से अधिक हो सकता है) या अतिरिक्त I / O की आवश्यकता होती है और इसे स्विच के साथ बंद कर देते हैं।
चुनौती 4: सुरक्षा डिजाइन
बैटरी पैक निर्माताओं के पास अक्सर विभिन्न तापमानों पर बैटरी चार्ज करने के लिए दिशानिर्देश होते हैं, और बैटरी को उपयोग के दौरान इन सुरक्षित ऑपरेटिंग क्षेत्रों के भीतर रहना चाहिए। कुछ को एक मानक प्रोफ़ाइल की आवश्यकता होती है जहां चार्जिंग गर्म और ठंडे तापमान सीमा के बाहर बंद हो जाती है। उदाहरण के लिए, अन्य कंपनियों को जापान इलेक्ट्रॉनिक्स और सूचना प्रौद्योगिकी संघ से विशिष्ट जानकारी की आवश्यकता हो सकती है। इन तापमान प्रोफाइल का अनुपालन करने के लिए, आवश्यक अंतर्निहित या कुछ I twoC प्रोग्रामेबिलिटी के साथ एक प्रोफ़ाइल की तलाश करें। BQ21061 और BQ25155 तापमान विंडो और एक विशिष्ट तापमान सीमा के भीतर किए जाने वाले कार्यों को सेट करने के लिए रजिस्टर हैं।
बैटरी अंडरवोल्टेज लॉकआउट (यूवीएलओ) एक और सुरक्षा विशेषता है जो बैटरी को अधिक डिस्चार्ज होने से रोकती है और इस प्रकार तनावग्रस्त हो जाती है। एक बार बैटरी वोल्टेज एक निश्चित सीमा से नीचे गिर जाता है, तो यूवीएलओ डिस्चार्ज पथ को काट देता है। उदाहरण के लिए, 4.2V पर चार्ज की गई ली-आयन बैटरी के लिए, एक सामान्य कटऑफ थ्रेशोल्ड 2.8V से 3V है।
चुनौती 5: सिस्टम विश्वसनीयता सुनिश्चित करना
कम सिस्टम विश्वसनीयता के कारण कुछ माइक्रोप्रोसेसर अटक गए जब उपयोगकर्ता एडाप्टर में प्लग किया गया। हालांकि यह दुर्लभ है, इसके लिए एक सिस्टम पावर रीसेट की आवश्यकता होती है ताकि माइक्रोप्रोसेसर पुनरारंभ हो सके और सामान्य हो सके। कुछ बैटरी चार्जर हार्डवेयर रीसेट वॉचडॉग टाइमर को एकीकृत करते हैं जो हार्डवेयर रीसेट या पावर चक्र (यदि नहीं) करता है, तो एडाप्टर को उपयोगकर्ता द्वारा प्लग इन करने के कुछ समय बाद दो सी लेनदेन का पता लगाया जाता है। सिस्टम रीसेट करने के बाद, पावर पथ डिस्कनेक्ट हो जाता है और बैटरी और सिस्टम से फिर से कनेक्ट हो जाता है।
हार्डवेयर रीसेट वॉचडॉग टाइमर के समान, पारंपरिक सॉफ़्टवेयर वॉचडॉग टाइमर भी दोसी में कोई लेनदेन नहीं होने की अवधि के बाद चार्जर रजिस्टर को अपने डिफ़ॉल्ट मूल्य पर रीसेट करके सिस्टम विश्वसनीयता में सुधार करने में मदद करता है। यह रीसेट बैटरी को गलत तरीके से चार्ज होने से रोकता है जब माइक्रोप्रोसेसर दोषपूर्ण स्थिति में होता है।
चुनौती 6: सर्वश्रेष्ठ ऑपरेटिंग क्षेत्रों की निगरानी
छठी चुनौती सिस्टम पैरामीटर की निगरानी करना है, जिसे एक अंतर्निहित उच्च-परिशुद्धता एनालॉग-टू-डिजिटल कनवर्टर (एडीसी) द्वारा कुशलतापूर्वक प्राप्त किया जा सकता है। बैटरी वोल्टेज को मापना एक अच्छा पैरामीटर है क्योंकि यह बैटरी के चार्ज की स्थिति का एक सुविधाजनक, हालांकि अनुमानित, प्रतिनिधित्व प्रदान करता है। अंगूठे के एक नियम के रूप में, यदि वायरलेस हेडसेट द्वारा आवश्यक चार्ज की स्थिति ±5% से अधिक है।
उच्च-सटीकता निर्मित एडीसी भी आपको चार्जिंग और निर्वहन के दौरान बैटरी और बोर्ड के तापमान पर निगरानी और कार्रवाई करने की अनुमति देता है। चार्जर मॉनिटर कर सकते हैं अन्य मापदंडों में इनपुट वोल्टेज / वर्तमान, चार्ज वोल्टेज / वर्तमान और सिस्टम वोल्टेज शामिल हैं। अंतर्निहित तुलनित्र भी आसानी से विशिष्ट मापदंडों की निगरानी करने और होस्ट को इंटरप्ट भेजने में मदद करता है। यदि पैरामीटर सामान्य सीमा के भीतर है और तुलनित्र ट्रिगर नहीं है, तो होस्ट को लगातार ब्याज के पैरामीटर को पढ़ने की आवश्यकता नहीं है। BQ25155 सिस्टम पैरामीटर की निगरानी करने के लिए एक अच्छा उदाहरण है क्योंकि इसमें एक ADC और तुलनित्र है।
चुनौती 7: वायरलेस कनेक्टिविटी को सरल बनाएँ
कुछ वायरलेस इयरफोन में एक ऐसा फीचर होता है जो ईयरफोन की चार्जिंग स्टेटस और स्मार्टफोन पर चार्जिंग केस को प्रदर्शित करता है जब ईयरफोन चार्जिंग केस में होते हैं और ढक्कन खुला होता है। इसका समर्थन करने के लिए, इयरफ़ोन को चार्ज की स्थिति की रिपोर्ट करनी चाहिए जैसे ही वे मामले में प्लग किए जाते हैं, भले ही बैटरी समाप्त हो गई हो। मुख्य चिप को चार्जिंग स्थिति की रिपोर्ट करने के लिए जागृत होना चाहिए, इसलिए इस मामले में, बाहरी शक्ति स्रोत को ईयरबड्स को पावर करना चाहिए। पावर पथ के साथ एक चार्जर सिस्टम को कम वोल्टेज पर बैटरी चार्ज करते समय वीबीयू से उच्च वोल्टेज प्राप्त करने में सक्षम बनाता है।
वायरलेस हेडफोन चार्जर की कई विशेषताएं (जैसे कि शिप मोड, सिस्टम पावर रीसेट, बैटरी यूवीएलओ, सटीक टर्मिनल करंट और इंस्टेंट चार्ज स्टेटस रिपोर्टिंग) पावर पथ क्षमता के बिना संभव नहीं हैं, जिसके लिए बैटरी और सिस्टम दोनों की आवश्यकता होती है एक एमओएसएफईटी को सिस्टम और बैटरी पथों को अलग से प्रबंधित करने के लिए बीच में रखा जाना चाहिए। चित्रा 5 चार्जर को पावर पथ के साथ और बिना दिखाता है।
बैटरी के आकार और चार्जिंग दर के आधार पर चार्जिंग केस डिज़ाइन में स्विचिंग और रैखिक चार्जर देखे जा सकते हैं। स्विचिंग चार्जर अधिक कुशल होते हैं और कम गर्मी उत्पन्न करते हैं, जो 700mA और उससे ऊपर की उच्च धाराओं के लिए महत्वपूर्ण है। स्विचिंग चार्जर आमतौर पर एक एकीकृत बूस्ट के साथ आते हैं या फ़ंक्शन का पालन करते हैं जो बैटरी वोल्टेज को बढ़ाता है और ईयरबड्स को चार्ज करने के लिए इनपुट वोल्टेज प्रदान करता है। रैखिक चार्जर भी कम वर्तमान स्तर के बैटरी बक्से के लिए एक अच्छा विकल्प हैं क्योंकि वे कम लागत और कम आईक्यू प्रदान करते हैं।
Rechargeable सुनवाई एड्स इसी तरह के डिजाइन चुनौतियों को प्रस्तुत करते हैं। वे आमतौर पर ईयरबड्स की तुलना में छोटे होते हैं ताकि वे अदृश्य हों और इसलिए उन्हें एक छोटे से क्षेत्र में अधिक शक्ति एकीकरण की आवश्यकता होती है। उन्हें बेहतर ऑडियो स्पष्टता के लिए एक स्विच्ड कैपेसिटर टोपोलॉजी सहित कम शोर वाली पावर रेल की भी आवश्यकता होती है।