TWS耳機(jī)入耳檢測(cè)技術(shù)路線及案例解析

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李誠(chéng)）經(jīng)過(guò)多年的“洗牌”，如今TWS耳機(jī)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了成熟穩(wěn)定的發(fā)展階段，也為消費(fèi)者提供了更多的選擇。從近年來(lái)TWS耳機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，很多TWS耳機(jī)廠商不再像過(guò)去一樣，在參數(shù)方面以“秀肌肉”的方式來(lái)展示自己的技術(shù)，而是更側(cè)重于參數(shù)背后的使用體驗(yàn)，例如在TWS耳機(jī)中加入空間音頻、ANC降噪、入耳檢測(cè)等這些功能。

其中，入耳檢測(cè)又被稱之為佩戴檢測(cè)，當(dāng)戴上或取下耳機(jī)時(shí)，會(huì)立即感知當(dāng)前耳機(jī)的使用狀態(tài)，并根據(jù)感知結(jié)果，做出暫停或恢復(fù)播放的操作，避免音頻漏聽(tīng)的情況出現(xiàn)。

入耳檢測(cè)功能的加入，不僅有利于提升用戶的使用體驗(yàn)，在TWS耳機(jī)的應(yīng)用中還可以起到優(yōu)化電池電量、延長(zhǎng)續(xù)航的作用。并且這一項(xiàng)功能也成為了TWS耳機(jī)的標(biāo)配，在蘋果、華為、小米、OPPO等多家廠商的產(chǎn)品中都有使用。

入耳檢測(cè)的兩大技術(shù)路線及優(yōu)缺點(diǎn)

在TWS耳機(jī)入耳檢測(cè)領(lǐng)域，目前主要分為電容檢測(cè)和光學(xué)檢測(cè)兩大技術(shù)路線。

電容檢測(cè)技術(shù)是發(fā)展得比較早的一種入耳檢測(cè)技術(shù)，主要通過(guò)電容傳感器利用RC振蕩的原理來(lái)檢測(cè)電容變化。其工作原理和我們經(jīng)常使用到的手機(jī)電容觸控屏類似，當(dāng)人體與電容傳感器相互靠近或接觸時(shí)，電容傳感器就會(huì)感受到電容的變化，并根據(jù)電容的變化來(lái)判斷，接觸信號(hào)為持續(xù)性信號(hào)，還是非持續(xù)性信號(hào)，以此達(dá)到入耳檢測(cè)目的。

其實(shí)，在TWS耳機(jī)應(yīng)用中，電容檢測(cè)技術(shù)不僅僅可以用來(lái)檢測(cè)耳機(jī)的佩戴狀態(tài)，還可以當(dāng)做耳機(jī)功能切換的觸控按鍵使用，功能拓展能力極強(qiáng)。同時(shí)，由于工作原理和使用器件比較簡(jiǎn)單，電容式入耳檢測(cè)還具有較高的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)。不過(guò)，電容式入耳檢測(cè)容易受到溫度變化和汗液的影響，具有誤觸發(fā)率高、耳道兼容性差等缺點(diǎn)。

耳道兼容性差主要是因?yàn)槊總€(gè)人的耳道結(jié)構(gòu)各不相同，在佩戴電容式入耳檢測(cè)耳機(jī)時(shí)，會(huì)因?yàn)槎琅c耳機(jī)電容檢測(cè)裝置無(wú)法保證在有效檢測(cè)范圍之內(nèi)，而產(chǎn)生誤判。

針對(duì)電容檢測(cè)技術(shù)對(duì)溫度、汗液敏感以及耳道兼容性差的痛點(diǎn)，近年來(lái)越來(lái)越多耳機(jī)廠商開始走起了具有更高精度的光學(xué)檢測(cè)路線。

光學(xué)入耳檢測(cè)技術(shù)，主要是在耳機(jī)內(nèi)部加入了紅外接近傳感器，通過(guò)計(jì)算發(fā)射紅外光束與接收的時(shí)間，推算出耳機(jī)與反射物體的距離，以此判定耳機(jī)是否處于佩戴狀態(tài)。當(dāng)紅外接收裝置沒(méi)接收到反射光，或檢測(cè)到距離反射物體較遠(yuǎn)時(shí)都會(huì)被認(rèn)定為未佩戴狀態(tài)。

相較于傳統(tǒng)的電容式入耳檢測(cè)技術(shù)，光學(xué)入耳檢測(cè)技術(shù)的識(shí)別精度更高，不易受到環(huán)境因素干擾。其缺點(diǎn)在于，需要在耳機(jī)表面打孔通光，不利于耳機(jī)做防水設(shè)計(jì)，同時(shí)紅外光發(fā)射與接收裝置普遍會(huì)比電容檢測(cè)裝置大，會(huì)對(duì)耳機(jī)小型化設(shè)計(jì)造成一定的阻礙。

從市場(chǎng)接受度來(lái)看，雖然現(xiàn)階段光學(xué)入耳檢測(cè)技術(shù)在TWS耳機(jī)中的應(yīng)用占比，沒(méi)有電容式入耳檢測(cè)技術(shù)高，但在TWS耳機(jī)市場(chǎng)中，已經(jīng)有眾多主流的耳機(jī)廠商都在其旗艦款耳機(jī)中使用了該項(xiàng)入耳檢測(cè)技術(shù)，比如蘋果的AirPods Pro、華為FreeBuds Pro 2、小米Air 2 Pro、榮耀FlyPods 3等設(shè)備。由此可見(jiàn)，光學(xué)入耳檢測(cè)技術(shù)還是頗受市場(chǎng)認(rèn)可的，只不過(guò)礙于成本的問(wèn)題，該項(xiàng)技術(shù)未能在低端產(chǎn)品中廣泛鋪開。

電容式入耳檢測(cè)芯片廠商及實(shí)用案例

電容式入耳檢測(cè)技術(shù)，是目前TWS耳機(jī)市場(chǎng)占比較大的一種檢測(cè)技術(shù)，其中匯頂科技、通泰、Azoteq是該項(xiàng)技術(shù)的主要方案提供商。

據(jù)了解，匯頂科技推出的GH610電容式入耳檢測(cè)及觸控2合1解決方案，得到了眾多TWS耳機(jī)廠商的采納和認(rèn)可，并成功導(dǎo)入終端實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。例如，OPPO的Enco Air2 Pro、realme Buds Air3、小度XPods等多款TWS耳機(jī)的入耳檢測(cè)功能，都是基于該方案實(shí)現(xiàn)的。

GH610芯片內(nèi)部集成了兩個(gè)入耳檢測(cè)通道和一個(gè)觸控反饋通道，以及自電容感應(yīng)前端電路，可根據(jù)電容變化（電容檢測(cè)分辨率為fF級(jí)）進(jìn)行入耳檢測(cè)以及觸控操作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)的人機(jī)交互界面系統(tǒng)的控制。至于電容式入耳檢測(cè)對(duì)溫度比較敏感的問(wèn)題，匯頂科技在該芯片中加入了溫漂自動(dòng)補(bǔ)償功能，以此降低因?yàn)闇囟茸兓l(fā)的誤判概率。同時(shí)，該芯片還支持1.7V至5.5V的寬壓供電，可輕松應(yīng)對(duì)耳機(jī)電池在滿電和虧電狀態(tài)下的電壓變化。

另外，Azoteq的IQS572電容式入耳檢測(cè)方案，也在很多款TWS耳機(jī)中得到了應(yīng)用。例如華為的 FreeBuds Studio ，以及在音頻領(lǐng)域頗具影響力的Bose，也在 NC700頭戴式主動(dòng)降噪藍(lán)牙耳機(jī)中使用了該方案。

其實(shí)，IQS572并不是Azoteq專門向TWS耳機(jī)市場(chǎng)推出的入耳檢測(cè)芯片，而是一款電容觸摸屏控制器。之所以被眾多耳機(jī)廠商所采用，是因?yàn)樵撔酒瑑?nèi)部高度集成了穩(wěn)壓器、基準(zhǔn)電容器、ATI自調(diào)諧功能以及多通道檢測(cè)入口，不僅可以為電容識(shí)別提出更高的精度，同時(shí)還可以滿足耳機(jī)觸控、滑動(dòng)和入耳檢測(cè)等多應(yīng)用需求。

光學(xué)入耳檢測(cè)芯片廠商及實(shí)用案例

光學(xué)入耳檢測(cè)是目前測(cè)量精度較高的一種解決方案，從應(yīng)用的產(chǎn)品市場(chǎng)分布來(lái)看，主要體現(xiàn)在中高端市場(chǎng)。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(xué)入耳檢測(cè)方案，其性能也在華為FreeBuds、榮耀FlyPods青春版等TWS耳機(jī)中，得到多方驗(yàn)證。

據(jù)悉，JSA-1227光學(xué)入耳檢測(cè)方案，采用了捷騰光電獨(dú)有的光學(xué)鍍膜技術(shù)，能夠有效降低光學(xué)底噪帶來(lái)的影響，提高光學(xué)檢測(cè)的精度。同時(shí)，為延長(zhǎng)耳機(jī)的入耳檢測(cè)壽命，捷騰光電還在該解決方案中加入了二段式光學(xué)降噪技術(shù)。并且，JSA-1227有著較大的寬動(dòng)態(tài)范圍，允許在深色玻璃后面進(jìn)行短距離檢測(cè)。

面對(duì)TWS耳機(jī)小型化、低功耗的市場(chǎng)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

同時(shí)，在光學(xué)入耳檢測(cè)領(lǐng)域，敦宏科技的PX318J光感入耳檢測(cè)方案，也在OPPO Enco W51、榮耀FlyPods 3耳機(jī)中得到驗(yàn)證。

PX318J是一個(gè)集成紅外光接近傳感器和VCSEL的光學(xué)入耳檢測(cè)模組，內(nèi)部集成了3個(gè)I₂C高速拓展接口，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)VCSEL和接近增益控制。為提高光學(xué)檢測(cè)識(shí)別精度，敦宏科技還在該模組中加入了智能串?dāng)_消除技術(shù)，以及溫度補(bǔ)償電路，以此降低入耳檢測(cè)的誤識(shí)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(jī)功耗為1μA。據(jù)介紹，敦宏科技在PX318J中還加入了可編程電流輸出功能，耳機(jī)廠商可以通過(guò)軟件控制VCSEL脈沖寬度和脈沖計(jì)數(shù)頻率，延長(zhǎng)耳機(jī)的續(xù)航能力。

結(jié)語(yǔ)

從市場(chǎng)及技術(shù)發(fā)展角度來(lái)看，雖然現(xiàn)階段光學(xué)入耳檢測(cè)技術(shù)因?yàn)槌杀镜膯?wèn)題，并未向低端市場(chǎng)下放，但相信在不久的未來(lái)，這一項(xiàng)技術(shù)成本會(huì)隨著激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和科技的發(fā)展不斷降低，消費(fèi)者會(huì)也以更實(shí)惠的價(jià)格，買到帶有光學(xué)入耳檢測(cè)功能的TWS耳機(jī)。