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      TWS耳機入耳檢測技術路線及案例解析

      lPCU_elecfans ? 來源：未知 ? 2022-11-26 00:15 ? 次閱讀
      電子發燒友網報道（文/李誠）經過多年的“洗牌”，如今TWS耳機產業已經進入了成熟穩定的發展階段，也為消費者提供了更多的選擇。從近年來TWS耳機的發展趨勢來看，很多TWS耳機廠商不再像過去一樣，在參數方面以“秀肌肉”的方式來展示自己的技術，而是更側重于參數背后的使用體驗，例如在TWS耳機中加入空間音頻、ANC降噪、入耳檢測等這些功能。
      其中，入耳檢測又被稱之為佩戴檢測，當戴上或取下耳機時，會立即感知當前耳機的使用狀態，并根據感知結果，做出暫?；蚧謴筒シ诺牟僮?，避免音頻漏聽的情況出現。
      入耳檢測功能的加入，不僅有利于提升用戶的使用體驗，在TWS耳機的應用中還可以起到優化電池電量、延長續航的作用。并且這一項功能也成為了TWS耳機的標配，在蘋果、華為、小米、OPPO等多家廠商的產品中都有使用。

      入耳檢測的兩大技術路線及優缺點

      在TWS耳機入耳檢測領域，目前主要分為電容檢測和光學檢測兩大技術路線。
      電容檢測技術是發展得比較早的一種入耳檢測技術，主要通過電容傳感器利用RC振蕩的原理來檢測電容變化。其工作原理和我們經常使用到的手機電容觸控屏類似，當人體與電容傳感器相互靠近或接觸時，電容傳感器就會感受到電容的變化，并根據電容的變化來判斷，接觸信號為持續性信號，還是非持續性信號，以此達到入耳檢測目的。
      其實，在TWS耳機應用中，電容檢測技術不僅僅可以用來檢測耳機的佩戴狀態，還可以當做耳機功能切換的觸控按鍵使用，功能拓展能力極強。同時，由于工作原理和使用器件比較簡單，電容式入耳檢測還具有較高的性價比優勢。不過，電容式入耳檢測容易受到溫度變化和汗液的影響，具有誤觸發率高、耳道兼容性差等缺點。
      耳道兼容性差主要是因為每個人的耳道結構各不相同，在佩戴電容式入耳檢測耳機時，會因為耳道與耳機電容檢測裝置無法保證在有效檢測范圍之內，而產生誤判。
      針對電容檢測技術對溫度、汗液敏感以及耳道兼容性差的痛點，近年來越來越多耳機廠商開始走起了具有更高精度的光學檢測路線。
      光學入耳檢測技術，主要是在耳機內部加入了紅外接近傳感器，通過計算發射紅外光束與接收的時間，推算出耳機與反射物體的距離，以此判定耳機是否處于佩戴狀態。當紅外接收裝置沒接收到反射光，或檢測到距離反射物體較遠時都會被認定為未佩戴狀態。
      相較于傳統的電容式入耳檢測技術，光學入耳檢測技術的識別精度更高，不易受到環境因素干擾。其缺點在于，需要在耳機表面打孔通光，不利于耳機做防水設計，同時紅外光發射與接收裝置普遍會比電容檢測裝置大，會對耳機小型化設計造成一定的阻礙。
      從市場接受度來看，雖然現階段光學入耳檢測技術在TWS耳機中的應用占比，沒有電容式入耳檢測技術高，但在TWS耳機市場中，已經有眾多主流的耳機廠商都在其旗艦款耳機中使用了該項入耳檢測技術，比如蘋果的AirPods Pro、華為FreeBuds Pro 2、小米Air 2 Pro、榮耀FlyPods 3等設備。由此可見，光學入耳檢測技術還是頗受市場認可的，只不過礙于成本的問題，該項技術未能在低端產品中廣泛鋪開。

      電容式入耳檢測芯片廠商及實用案例

      電容式入耳檢測技術，是目前TWS耳機市場占比較大的一種檢測技術，其中匯頂科技、通泰、Azoteq是該項技術的主要方案提供商。
      據了解，匯頂科技推出的GH610電容式入耳檢測及觸控2合1解決方案，得到了眾多TWS耳機廠商的采納和認可，并成功導入終端實現量產。例如，OPPO的Enco Air2 Pro、realme Buds Air3、小度XPods等多款TWS耳機的入耳檢測功能，都是基于該方案實現的。

      圖源：匯頂科技
      GH610芯片內部集成了兩個入耳檢測通道和一個觸控反饋通道，以及自電容感應前端電路，可根據電容變化（電容檢測分辨率為fF級）進行入耳檢測以及觸控操作，從而實現對相應的人機交互界面系統的控制。至于電容式入耳檢測對溫度比較敏感的問題，匯頂科技在該芯片中加入了溫漂自動補償功能，以此降低因為溫度變化而引發的誤判概率。同時，該芯片還支持1.7V至5.5V的寬壓供電，可輕松應對耳機電池在滿電和虧電狀態下的電壓變化。
      另外，Azoteq的IQS572電容式入耳檢測方案，也在很多款TWS耳機中得到了應用。例如華為的 FreeBuds Studio ，以及在音頻領域頗具影響力的Bose，也在 NC700頭戴式主動降噪藍牙耳機中使用了該方案。
      圖源：IQS572

      其實，IQS572并不是Azoteq專門向TWS耳機市場推出的入耳檢測芯片，而是一款電容觸摸屏控制器。之所以被眾多耳機廠商所采用，是因為該芯片內部高度集成了穩壓器、基準電容器、ATI自調諧功能以及多通道檢測入口，不僅可以為電容識別提出更高的精度，同時還可以滿足耳機觸控、滑動和入耳檢測等多應用需求。

      光學入耳檢測芯片廠商及實用案例

      光學入耳檢測是目前測量精度較高的一種解決方案，從應用的產品市場分布來看，主要體現在中高端市場。其中，敦宏科技、光寶科技、天易合芯、華羿科技、捷騰光電、晶技為主要的方案提供廠商。

      此前，捷騰光電就推出了一款小尺寸的JSA-1227光學入耳檢測方案，其性能也在華為FreeBuds、榮耀FlyPods青春版等TWS耳機中，得到多方驗證。
      據悉，JSA-1227光學入耳檢測方案，采用了捷騰光電獨有的光學鍍膜技術，能夠有效降低光學底噪帶來的影響，提高光學檢測的精度。同時，為延長耳機的入耳檢測壽命，捷騰光電還在該解決方案中加入了二段式光學降噪技術。并且，JSA-1227有著較大的寬動態范圍，允許在深色玻璃后面進行短距離檢測。
      面對TWS耳機小型化、低功耗的市場需求，JSA-122采用極小的封裝工藝，尺寸僅有2.0 *1.0 *0.5 mm，功耗也只有15μA，極具市場競爭力。
      同時，在光學入耳檢測領域，敦宏科技的PX318J光感入耳檢測方案，也在OPPO Enco W51、榮耀FlyPods 3耳機中得到驗證。
      圖源：敦宏科技

      PX318J是一個集成紅外光接近傳感器和VCSEL的光學入耳檢測模組，內部集成了3個I2C高速拓展接口，可同時實現多個VCSEL和接近增益控制。為提高光學檢測識別精度，敦宏科技還在該模組中加入了智能串擾消除技術，以及溫度補償電路，以此降低入耳檢測的誤識別頻率。
      在尺寸方面，PX318J的尺寸為2.55*2.2*0.65mm，與捷騰光電JSA-122 的2.0 *1.0 *0.5 mm封裝相比大了不少。在功耗方面，PX318J工作功耗為16μA，待機功耗為1μA。據介紹，敦宏科技在PX318J中還加入了可編程電流輸出功能，耳機廠商可以通過軟件控制VCSEL脈沖寬度和脈沖計數頻率，延長耳機的續航能力。

      結語

      從市場及技術發展角度來看，雖然現階段光學入耳檢測技術因為成本的問題，并未向低端市場下放，但相信在不久的未來，這一項技術成本會隨著激烈的市場競爭和科技的發展不斷降低，消費者會也以更實惠的價格，買到帶有光學入耳檢測功能的TWS耳機。

      聲明：本文由電子發燒友原創，轉載請注明以上來源。如需入群交流，請添加微信elecfans999，投稿爆料采訪需求，請發郵箱huangjingjing@elecfans.com。


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      原文標題：TWS耳機入耳檢測技術路線及案例解析

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