CN115699457A

CN115699457A - 用于tws耳机的2弹簧针设计

Info

Publication number: CN115699457A
Application number: CN202080101638.8A
Authority: CN
Inventors: 梁铁毅; D.韩; 蔡斌
Original assignee: Harman International Industries Inc
Current assignee: Harman International Industries Inc
Priority date: 2020-06-01
Filing date: 2020-06-01
Publication date: 2023-02-03
Also published as: US20230224621A1; EP4158732A4; JP2023534369A; EP4158732A1; KR20230016638A; WO2021243509A1

Abstract

提供一种TWS耳机，所述TWS耳机包括：充电盒；以及一个或两个耳塞式耳机。所述耳塞式耳机可通过2弹簧针连接器附接到所述充电盒中。所述耳塞式耳机可通过所述2弹簧针连接器检测所述充电盒中所述电池的不同状态，并且可在被取出或放入所述充电盒时相应地自动开机或关机。

Description

用于TWS耳机的2弹簧针设计

技术领域

本发明总体涉及TWS耳机技术。更具体地，本发明涉及一种具有2弹簧针连接器的TWS耳机及其用于检测电池和耳塞式耳机的状态的方法。

背景技术

无线耳机的最新趋势是真无线立体声系统(TWS)，所述真无线立体声系统包括在其特定充电盒中充电的一个或两个独立的耳塞式耳机。充电盒可通常通过弹簧针连接器为耳塞式耳机供电以用于充电。TWS耳机无需有线连接，完全摒弃通过线连接的方式，并且实现单双耳佩戴。两个左右耳塞式耳机对通过无线连接形成立体声系统，因此音频播放、通话以及佩戴体验均有改善。因此，TWS耳机越来越受到广大用户的喜爱和欢迎。

在当前的TWS市场中，存在不同类型的弹簧针连接器，诸如2弹簧针连接器和3弹簧针连接器。用于TWS耳机的传统2弹簧针连接器的局限性在于，其耳塞式耳机在充电盒电池耗尽的情况下从充电盒中取出或放入充电盒中时无法自动开机或关机，这可导致额外的功率消耗和用户体验下降。上述功能可通过对TWS耳机使用3弹簧针设计来实现，但3弹簧针设计并不美观，并且其额外的弹簧针需要连接到诸如蓝牙芯片组，这将导致ESD风险和充电INT问题。

因此，可能需要设计一种2弹簧针TWS耳机，其耳塞式耳机可在充电盒功率耗尽时自动开机或关机。

发明内容

本发明通过提供具有2弹簧针连接器的TWS耳机克服了一些缺点。

本文所提供的TWS耳机包括：充电盒；以及至少一个耳塞式耳机，通常包括一对耳塞式耳机。耳塞式耳机可通过接合2弹簧针连接器附接到充电盒。

所述TWS耳机的所述充电盒包括：第一插针和第二插针；电池，所述电池用于提供电池电压；以及充电盒充电IC，所述充电盒充电IC用于提供输出电压。所述充电盒充电IC还包括第一电阻器和第三晶体管，并且所述第一电阻器和所述第三晶体管串联连接在所述第一插针与所述第二插针之间。

所述TWS耳机的所述耳塞式耳机包括分别是所述第一插针和所述第二插针的相对插针的第一相对插针和第二相对插针。当2弹簧针连接器接合时，所述第一插针和所述第一相对插针以及所述第二插针和所述第二相对插针可相互附接。所述耳塞式耳机还包括：电压检测IC，所述电压检测IC用于检测所述第一插针上的输出电压；以及添加电压检测IC，所述添加电压检测IC用于在所述耳塞式耳机位于所述充电盒中时检测所述第一相对插针上的添加电压。具体地，所述添加电压检测IC包括第四晶体管，其源极具有正供电电压，其栅极通过第二电阻器与其源极隔开并且通过防反接二极管连接到所述第一相对插针，并且其漏极连接到第三电阻器，然后所述第三电阻器连接到接地。

本文还提供一种用于使用具有2弹簧针连接器的TWS耳机的方法。所述方法包括以下步骤：通过所述2弹簧针连接器将所述TWS耳机的耳塞式耳机附接到所述TWS耳机的充电盒中；通过所述耳塞式耳机中的电压检测IC检测所述充电盒的第一插针上的由所述充电盒的充电盒充电IC提供的输出电压；以及通过所述耳塞式耳机中的添加电压检测IC检测所述耳塞式耳机的第一相对插针上的添加电压；

所述第一插针和所述第二插针形成所述2弹簧针连接器的一侧，并且所述第一相对插针和所述第二相对插针形成所述2弹簧针连接器的相对侧。当所述耳塞式耳机附接在所述充电盒中时，所述第一插针连接到所述第一对相对插针，并且所述第二插针连接到所述第二相对插针。

因此，本发明所提供的TWS耳机的耳塞式耳机可通过使用仅一个2弹簧针连接器检测所述输出电压和所述添加电压来确定所述电池电量状态和所述耳塞式耳机在充电盒中的进出并且因此自动将耳塞式耳机开机或关机。

附图说明

通过参考附图阅读以下对非限制性实施方案的描述将更好地理解本发明。以下：在附图中，类似的附图标号指代对应的部分，其中：

图1是示出根据本发明的TWS耳机的充电盒充电IC的电路原理图。

图2是示出根据本发明的TWS耳机的耳塞式耳机的电路原理图。

图3是示出根据本发明的在相互连接以用于充电时的图1的充电盒充电IC和图2的耳塞式耳机的电路原理图。

具体实施方式

下文公开了本发明的实施方案的详细描述；然而，应理解，所公开的实施方案仅是可体现为各种和替代形式的本发明的示例。附图不一定按比例绘制；一些特征可能被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文所公开的具体结构细节和功能细节不应被解释为限制性的，而是仅作为教导本领域的技术人员以各种方式采用本发明的代表性基础。

参考图1，示出根据本发明的TWS耳机的充电盒充电IC的电路原理图。布置在充电盒中的电池连接到充电盒充电IC，以用于提供电池电压VBAT。供应>3V(诸如3V-4.2V)的电压VBAT的电池可正常向充电盒的输出端供电以用于充电。在这种情况下，提供的电池电压VBAT可通过诸如升压电路(未示出)来增加以产生例如5V的系统电压VSYS。然后，系统电压VSYS＝5V可首先通过防反接保护开关，然后供应到充电盒充电IC的功率输出端。防反接保护开关由反向连接在充电盒充电IC的点C与点D之间的第一晶体管Q1和第二晶体管Q2形成。第一晶体管Q1和第二晶体管Q2两者均为PMOS晶体管。充电盒充电IC的电力输出端呈2弹簧针连接器的具有从点C引出的第一插针和从点D引出的第二插针的一侧的形式，并且点D为GND。因此，当充电盒电池正常供电时，第一插针上的输出电压VOUT为5V，即VOUT＝5V。第二插针是GND。

关于充电盒充电IC的功率输出端，第一电阻器R1和第三晶体管Q3串联连接在点C与点D之间，如图1所示。第三晶体管Q3可以是例如NMOS晶体管。其漏极连接到第一上拉电阻器R1，并且其源极为GND。第三晶体管Q3以及第一晶体管Q1和第二晶体管Q2可由充电盒充电IC中或诸如布置在充电盒中的微控制器单元(MCU，未示出)中的寄存器控制。这样，在充电盒处于低功率模式，即电池电压VBAT低于例如3V的情况下，如果VBAT为2.8V-3V,第三晶体管Q3可由寄存器设置为接通或关断。以示例的方式，如果寄存器设置为0，则第三晶体管Q3关断，如果寄存器设置为1，则第三晶体管Q3接通。另一方面，如果电池电量耗尽，即VBAT<2.8V，则电池保护IC将禁用电池电压为0V。此时，如果在第一弹簧针处存在大于例如0.5V的添加电压，则第三晶体管Q3接通，所述添加电压可来自附接在充电盒中的外耳塞式耳机。输出阻抗Rout现在等效于第一电阻器R1。

参考图2，示出根据本发明的TWS耳机的耳塞式耳机的电路原理图。耳塞式耳机包括呈2弹簧针连接器的具有第一相对插针和第二相对插针的相对侧形式的功率输入端。从点B处引出的第一相对插针具有总线电压VBUS，并且在点E处引出的第二相对插针为GND。如图2所示，添加电压检测IC连接在耳塞式耳机的点B与点E之间。添加电压检测IC主要包括第四晶体管Q4。第四晶体管Q4可以是PMOS晶体管。其栅极通过防反接二极管D1连接到点B，并且其源极设置有例如1.8V的正供应电压VDD_1V8。第四晶体管Q4的源极通过例如300K Ohm的第二电阻器R2与其栅极隔开。第四晶体管Q4的漏极连接到例如1M Ohm的第三电阻器R3，并且之后在点E处连接到GND。第四晶体管Q4的漏极还引出插针GPIO 1，这从而反映第一相对插针上点B处电压VBUS的状态。

如图2所示，耳塞式耳机还包括电压检测IC，所述电压检测IC检测充电盒的输出电压VOUT，并且引出插针GPIO 2以反映其状态。当VOUT＝5V时,GPIO 2反映为1；当VOUT≠5V时，GPIO 2反映为0。

参考图3，耳塞式耳机通过2弹簧针连接器连接在充电盒中，其中相应地，第一插针与第一相对插针附接，并且第二插针与第二相对插针附接。本领域的技术人员可想到，第一和第二插针对可设置为2弹簧针连接器的一侧的公插针，而相对的第一相对和第二相对插针对可设置为2弹簧针连接器的相对侧的母插针，反之亦然，2弹簧针连接器可以其他方式具有一对母的第一插针和第二插针，以及一对公的第一相对插针和第二相对插针。

在充电盒处于其中电池供应欠电压(例如，VBAT＝2.8V-3V)的低功率模式的情况下，第三晶体管Q3通过诸如将寄存器设置为1而接通，并且然后充电IC的输出电阻器Rout等效于例如1K Ohm的第一电阻器R1。另一方面，在充电盒电池功率低于2.8V的情况下，充电盒电池保护IC将工作并关闭电池，即VBAT＝0V。考虑到正供电电压VDD_1V8为例如1.8V，点B处的添加电压由第二电阻器R2下拉并且穿过第一二极管D1之后为约0.8V，因此第一插针上存在添加电压VOUT＝0.8V。根据如前所述的充电盒充电IC特性，第三晶体管Q3接通，并且输出电阻器Rout等效于第一电阻器R1，即Rout＝R1＝1K Ohm。

由以上分析可得出结论，当充电盒电池低于足以正常供电的电压时，充电IC的输出电阻器Rout始终等效于R1，并且第四晶体管Q4始终接通，并且GPIO 1反映为高。

然而，如果2弹簧针不与第一电阻器和第三晶体管Q3形成环路，这意味着耳塞式耳机在充电盒外，则GPIO 1反映为低。

在此阶段，本发明的TWS耳机的状态检测过程可描述如下：

在充电盒中电池足以(诸如VBAT＝3V-4.2V)正常给功率输出VOUT供电(即VOUT＝5V)的情况下，如果耳塞式耳机未充满电或刚放入充电盒中，则耳塞式耳机中的电压检测IC可检测到5V的充电盒VOUT是否存在，并且GPIO 2反映为0还是1，以相应地判断耳机的状态是在充电盒中还是在充电盒外。如果耳塞式耳机充满电并且连接在充电盒中，则充电盒功率输出VOUT等于充电盒的电池电压VBAT，耳塞式耳机电压检测IC可检测到电池电压VBAT是否存在，并且GPIO 2反映为0还是1，以相应地判断耳塞式耳机的状态是在充电盒中还是在充电盒外。

在充电盒中的电池低于充电电压的情况下，即VBAT<3V，由于充电盒中第三晶体管Q3接通，无论耳塞式耳机在充电盒中还是在充电盒外，GPIO2始终为低并且反映为0。如果耳塞式耳机在充电盒中，则GPIO 1反映为1，并且如果耳塞式耳机在充电盒外，则GPIO 1反映为0。

因此，反映充电盒电池电压和耳塞式耳机状态的GPIO 1和GPIO 2可包括在下表中：

因此，以下状态表包含GPIO 1、GPIO 2、充电盒电池电压和耳塞式耳机状态之间的关系：

鉴于本发明提供一种具有2弹簧针连接器的TWS耳机以实现自动切换操作的事实，值得注意的是，TWS耳机的耳塞式耳机可利用2弹簧针连接器检测自身在充电盒中还是在充电盒外以及充电盒电池电压。根据上文所列的表，当耳塞式耳机处于充电状态时，并且如果充电盒中的电池电量低或已耗尽，则耳塞式耳机可自动关机或进入睡眠模式以节省功率消耗。如果电池电量足够用于充电，则可通过充电盒中的电池为耳塞式耳机充电。因此，由本发明提供的具有2弹簧针设计的TWS耳机可实现自动开机和关机，并且节省功率消耗。

如本申请中所用，以单数叙述并且前面有单词“一个”或“一种”的元件或步骤应理解为不排除多个所述元件或步骤，除非声明了这种排除。此外，对本公开的“一个实施方案”或“一个示例”的参考并不意图解释为排除也结合所述特征的另外的实施方案的存在。术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标签，并不意图对其对象施加数字要求或特定位置顺序。

虽然上文描述了示例性实施例，但并不意图使这些实施例描述本发明的所有可能的形式。而是，本说明书中所用的措词是描述性而非限制性的措词，并且应理解，可在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种改变。另外，可组合各种实现性实施方案的特征以形成本发明的其他实施方案。

Claims

1.一种具有2弹簧针连接器的TWS耳机，其包括：

充电盒，所述充电盒包括：

第一插针和第二插针；

电池，所述电池用于提供电池电压；

充电盒充电IC，所述充电盒充电IC用于在所述第一插针上提供输出电压，其中所述充电盒充电IC还包括第三晶体管和第一电阻器，所述第一电阻器和所述第三晶体管串联连接在所述第一插针与所述第二插针之间；以及

至少一个耳塞式耳机，所述至少一个耳塞式耳机包括：

第一相对插针和第二相对插针；

电压检测IC，所述电压检测IC用于检测所述第一相对插针上所述输出电压的存在；以及

添加电压检测IC，所述添加电压检测IC用于检测所述第一插针上添加电压的存在。

2.如权利要求1所述的TWS耳机，其中所述添加电压检测IC包括第四晶体管，所述第四晶体管的源极具有正供电电压，所述第四晶体管的栅极通过第二电阻器与所述第四晶体管的源极隔开并且通过防反接二极管连接到所述第一相对插针，并且所述第四晶体管的漏极连接到第三电阻器，然后所述第三电阻器连接到接地。

3.如权利要求1所述的TWS耳机，其中所述第四晶体管的所述漏极引出第一GPIO，并且所述电压检测IC进一步引出第二GPIO，所述第一GPIO和所述第二GPIO共同反映所述耳塞式耳机和所述电池电压的状态。

4.如权利要求2所述的TWS耳机，其中所述耳塞式耳机的所述状态包括在充电盒中和在充电盒外。

5.如权利要求2所述的TWS耳机，其中所述电池电压的所述状态包括正常电压和欠电压。

6.如权利要求1所述的TWS耳机，其中所述第一插针和所述第二插针为所述2弹簧针连接器的公插针，并且所述第一相对插针和所述第二相对插针为所述2弹簧针连接器的母插针。

7.如权利要求1所述的TWS耳机，其中所述第一插针和所述第二插针为所述2弹簧针连接器的母插针，并且所述第一相对插针和所述第二相对插针为所述2弹簧针连接器的公插针。

8.如权利要求3或4所述的TWS耳机，其中所述至少一个耳塞式耳机可通过将所述第一插针附接到所述第一相对插针并且将所述第二插针附接到所述第二相对插针而接合在所述充电盒中。

9.如权利要求1所述的TWS耳机，其中所述充电盒充电IC还包括寄存器，并且所述第三晶体管能够通过所述寄存器设置为接通或关断。

10.如权利要求1所述的TWS耳机，其中所述充电盒还包括具有寄存器的微控制器单元，所述第三晶体管能够通过所述寄存器设置为接通或关断。

11.一种用于具有2弹簧针连接器的TWS耳机的方法，其包括以下步骤：

通过所述2弹簧针连接器将所述TWS耳机的至少一个耳塞式耳机附接到所述TWS耳机的充电盒中；

通过所述耳塞式耳机中的电压检测IC检测所述耳塞式耳机的第一相对插针上的由所述充电盒的充电盒充电IC提供的输出电压；

通过所述耳塞式耳机中的添加电压检测IC检测所述充电盒的第一插针上的添加电压；

其中所述充电盒充电IC还包括串联连接在所述第一插针与所述充电盒的第二插针之间的第一电阻器和第三晶体管；

其中所述充电盒还包括用于提供电池电压的电池，所述方法的所述步骤还包括：通过所检测的输出电压和所检测的添加电压来确定所述耳塞式耳机和所述电池电压的状态。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述添加电压检测IC包括第四晶体管，所述第四晶体管的源极具有正供电电压，所述第四晶体管的栅极通过第二电阻器与所述第四晶体管的源极隔开并且通过防反接二极管连接到所述第一相对插针，并且所述第四晶体管的漏极连接到第三电阻器，然后所述第三电阻器连接到接地。

13.如权利要求11所述的方法，其中所述第四晶体管的所述漏极引出第一GPIO，并且所述电压检测IC进一步引出第二GPIO，所述第一GPIO和所述第二GPIO共同反映所述耳塞式耳机和所述电池电压的状态。

14.如权利要求12所述的方法，其中所述耳塞式耳机的所述状态包括在充电盒中和在充电盒外。

15.如权利要求12所述的方法，其中所述电池电压的所述状态包括正常电压和欠电压。

16.如权利要求11所述的方法，其中所述第一插针和所述第二插针为所述2弹簧针连接器的公插针，并且所述第一相对插针和所述第二相对插针为所述2弹簧针连接器的母插针。

17.如权利要求11所述的方法，其中所述第一插针和所述第二插针为所述2弹簧针连接器的母插针，并且所述第一相对插针和所述第二相对插针为所述2弹簧针连接器的公插针。

18.如权利要求13或14所述的方法，其中所述至少一个耳塞式耳机能够通过将所述第一插针附接到所述第一相对插针并且将所述第二插针附接到所述第二相对插针而接合在所述充电盒中。

19.如权利要求11所述的方法，其中所述充电盒充电IC还包括寄存器，并且所述第三晶体管能够通过所述寄存器设置为接通或关断。

20.如权利要求11所述的方法，其中所述充电盒还包括具有寄存器的微控制器单元，所述第三晶体管能够通过所述寄存器设置为接通或关断。