【導讀】TWS（True Wireless Stereo, 真無(wú)線(xiàn)藍牙耳機）需要檢測充電倉蓋的開(kāi)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(lái)越多的客戶(hù)的青睞。在本文中，我們將會(huì )介紹市場(chǎng)常見(jiàn)的開(kāi)關(guān)監測方案，以及TI 霍爾傳感器技術(shù)在TWS 耳機中的應用。
一、常規開(kāi)關(guān)檢測方案
1、機械彈針檢測
機械彈針結構簡(jiǎn)單，對精度要求高，但是使用壽命短，易受粉塵、水汽、振動(dòng)等因素影響，觸點(diǎn)容易銹化，極易產(chǎn)生金屬疲勞損壞。
2、磁簧開(kāi)關(guān)檢測
磁簧檢測是通過(guò)磁鐵感應密封在玻璃管內含有貴金屬材料的觸點(diǎn)。因此，該開(kāi)關(guān)不受濕氣或其他環(huán)境因素的影響，觸點(diǎn)不會(huì )氧化，缺點(diǎn)是體積大、安裝難、易損壞。
3、紅外光電開(kāi)關(guān)檢測
紅外光電開(kāi)關(guān)把光發(fā)射器和接收器面對面地裝在一個(gè)槽的兩側。發(fā)光器發(fā)出紅外光，在開(kāi)蓋時(shí)接收器能收到光，合蓋時(shí)槽中光線(xiàn)被遮擋，光電開(kāi)關(guān)便動(dòng)作。該方案優(yōu)點(diǎn)是檢測速度快，但功耗大，也怕灰塵水水汽等因素。
4、霍爾開(kāi)關(guān)檢測
通過(guò)霍爾效應對磁場(chǎng)變化進(jìn)行檢測，相對于簧片、機械式一類(lèi)的開(kāi)關(guān)，其數字輸出干凈平穩，不會(huì )出現抖動(dòng)，沒(méi)有沖擊等情況的產(chǎn)生，壽命高、耐振動(dòng)；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(lái)越多的TWS耳機開(kāi)始選擇開(kāi)關(guān)型霍爾器件，耳機插入檢測也逐漸從機械彈針?lè )桨皋D換為霍爾檢測。
二、霍爾效應以及霍爾傳感器技術(shù)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(chǎng)受洛侖茲力形成偏移，繼而產(chǎn)生感應電壓差，最終洛侖茲力與電場(chǎng)力平衡的過(guò)程?；魻栃Ｓ糜诖艌?chǎng)測量、電信號測量等方向。
常用的霍爾器件按輸出信號類(lèi)型分為線(xiàn)性霍爾器件,開(kāi)關(guān)霍爾器件和鎖存霍爾器件。線(xiàn)性霍爾器件輸出為模擬信號，輸出電壓與外部磁場(chǎng)的強弱通常成線(xiàn)性關(guān)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(guò)程如圖1和2所示，通過(guò)檢測外部磁場(chǎng)的強弱控制輸出導通或關(guān)斷，類(lèi)似開(kāi)關(guān)的作用。當磁通量密度增大到一定值時(shí)，霍爾開(kāi)關(guān)開(kāi)始動(dòng)作輸出低電平，該點(diǎn)對應的磁通量密度稱(chēng)為工作點(diǎn)BOP，由于磁滯作用的影響，如果關(guān)掉中的和霍爾開(kāi)關(guān)需要使磁通量密度低于某點(diǎn)，霍爾開(kāi)關(guān)關(guān)斷，此時(shí)磁通量密度的數值稱(chēng)為釋放點(diǎn)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(fā)器，開(kāi)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(shù)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(huì )影響到霍爾IC感應點(diǎn)的磁場(chǎng)感應強度。若選用全極型霍爾IC，充電倉內部磁場(chǎng)即使在倉蓋打開(kāi)后仍會(huì )保持一個(gè)較高的值，不能達到霍爾IC的釋放點(diǎn)。因此倉蓋中應使用與原倉內磁場(chǎng)相反的磁極，并選用只對該極性動(dòng)作的單極型霍爾IC，避開(kāi)其他磁極的干擾。此外，開(kāi)關(guān)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(gè)干凈供電環(huán)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(kāi)關(guān)霍爾IC與磁極的有效總氣隙時(shí)常常會(huì )遇到困難，TI提供了一個(gè)在線(xiàn)計算工具Hall Effect Switch Magnetic Field Calculator，并給出了TI霍爾開(kāi)關(guān)產(chǎn)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(kāi)關(guān)，在TWS耳機里根據客戶(hù)不同的需求有表6中七個(gè)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(kāi)關(guān)點(diǎn)。工作的溫度范圍支持-40 至 +85°C。
表6.DRV5032霍爾開(kāi)關(guān)版本
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