產(chǎn)品拆解 | 戴森Zone空氣凈化耳機，馬達控制方案全解析

前言：研究顯示，PM2.5濃度越高，呼吸系統(tǒng)病癥和心血管病的發(fā)病率也會同步增高，PM2.5主要由日常發(fā)電、工業(yè)生產(chǎn)、汽車尾氣排放產(chǎn)生，在IQAir最新發(fā)布的《2022年全球空氣質(zhì)量報告》顯示，在131個國家中，僅六個國家達到了世衛(wèi)組織的PM2.5指導標準，也就是說全球90%的國家和人民遭受著空氣污染的危害。目前市面上已經(jīng)有各種各樣的凈化空氣的產(chǎn)品，那有沒有一款是既能聽歌，又能同時凈化空氣的呢?有，它就是Dyson推出的可穿戴產(chǎn)品，空氣凈化耳機，集面罩與頭戴式耳機于一體的Dyson Zone空氣凈化耳機采用獨特的圓形耳罩設(shè)計，具有時尚感和舒適性。本期《產(chǎn)品拆解》欄目將帶來這款Dyson Zone空氣凈化耳機的拆解。Dyson Zone空氣凈化耳機擁有專業(yè)級主動降噪技術(shù)，能夠減少環(huán)境噪聲，并提供更好的聽音效果;40mm釹磁揚聲器驅(qū)動器，能夠減少聲音失真，盡可能還原音樂家創(chuàng)作的原始音樂素質(zhì)?？傊C波失真率低至0.08%(@1kHz)并采用了高端的電子元件和片組，其主動降噪技術(shù)使用了11個麥克風和一個降噪芯片，實現(xiàn)了高精度的聲音處理。Dyson Zone空氣凈化耳機工作原理-空氣凈化：Dyson Zone空氣凈化耳機內(nèi)置了戴森有史以來最小尺寸的馬達，9葉混流式葉輪，馬達每分鐘 9750轉(zhuǎn)。每分鐘可輸出135L潔凈空氣。氣流從耳罩旁邊進風口進入，經(jīng)過雙重濾網(wǎng)后，再通過無接觸式面罩輸送到用戶口鼻處，可以有效確保用戶能夠呼吸到凈化過的空氣。

主要元器件預覽:

• 恒玄雙模高速SoC BES2300
• 恩智浦微控制器 LPC5528
• 德州儀器三相無感正弦電機驅(qū)動器芯片 DRV10975
• 德州儀器單芯片鋰電池充電管理器 BQ25611d
• 潤石模擬集成電路 RS2254

Dyson Zone空氣凈化耳機拆解:降噪耳機與空氣凈化怎么同時實現(xiàn)?首先我們將空氣凈化耳機的所有螺絲擰開，打開外殼，由于電機相線連接在控制板上，現(xiàn)將相線從控制板取下來，揚聲器端子也一并拔開。拆開之后可以發(fā)現(xiàn)整副耳機聲學調(diào)音搭配多達11個麥克風，采用ANC主動降噪技術(shù)，搭配耳機自身的被動降噪，降噪深度可達40dB2，每秒監(jiān)測周圍的噪音384,000 次。戴森為了實現(xiàn)高保真音質(zhì)，把音樂細節(jié)呈現(xiàn)給廣大用戶，給到了頗為優(yōu)秀的配置——40mm釹磁揚聲器驅(qū)動器，總諧波失真率低至0.08% (@1kHz)，加上智能音頻處理技術(shù)，意味著它能高度還原樂曲的原聲模樣，讓你的耳朵聽到最真實的音樂。拆開耳罩層可以發(fā)現(xiàn)在被動降噪上，戴森對耳罩進行了優(yōu)化設(shè)計。耳罩形態(tài)符合人體工學，佩戴時可以整體貼合雙耳，不僅舒適度好，而且也能隔絕一部分外界噪音。耳罩層戴森空氣凈化耳機采用雙重濾網(wǎng)：靜電式濾網(wǎng)，可在不同氣候環(huán)境下實現(xiàn)凈化功能。富鉀炭濾網(wǎng)，過濾城市中的煙霧、有害氣體，并有效減輕二手煙及人體異味。對面罩銜接耳機處進行拆解，耳機內(nèi)置了戴森有史以來最小尺寸的馬達，9葉混流式葉輪，電機每分鐘9750轉(zhuǎn)，每分鐘可輸出135L潔凈空氣。氣流從耳罩旁邊進風口進入，再通過無接觸式面罩輸送到用戶口鼻處，可以有效確保用戶能夠呼吸到凈化過的空氣。另外，我們還發(fā)現(xiàn)為了克服馬達旋轉(zhuǎn)所帶來的噪音，戴森還采用了專門研發(fā)的輕質(zhì)底架，將馬達懸掛安裝，從而最大幅度地減少振動的傳遞所造成的噪音。但需要注意的是，在開啟降噪，但沒有播放音樂的情況下，還是不可避免會聽到一些馬達轉(zhuǎn)動時的嗡嗡聲，但如果播放音樂的話，基本上就感受不到了。

電路控制板
Dyson Zoom的核“芯”大腦。作為一款主動降噪兼空氣凈化的耳機，兩方面的核心處理器必不可少。元器件1：元器件1為恒玄雙模AIoT SoC芯片，型號：BES2300。BES2300是一款全集成自適應主動降噪方案，支持LBRT低頻轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)和藍牙雙模BT5.0，它還支持第三代FWS全無線立體聲技術(shù)、雙麥克風等，采用先進的28nm HKMG CMOS工藝，實現(xiàn)了業(yè)界領(lǐng)先的低功耗水平，音樂模式下的功耗小于5mA。支持降噪技術(shù)，尤其是高性能的自適應主動降噪技術(shù)，可以讓高端主動降噪耳機使用一顆全集成芯片實現(xiàn)高音質(zhì)和主動降噪。BES2300還支持外接心率傳感器、加速度傳感器等等外接傳感器設(shè)備和eMMC閃存，可以達到外接存儲設(shè)備播放音樂的目的。圖源恒玄科技元器件2：元器件2是一款高性能ARM Cortex-M33內(nèi)核微控制器，來自恩智浦，型號LPC5528。該芯片采用了40nm工藝，主頻高達150MHz，具有豐富的外設(shè)和接口，適用于各種嵌入式應用。同時還具有512KBflash和256KB RAM，支持多種通信接口，如USB、SPI、I2C、UART等，并具有多個定時器、PWM輸出、ADC和DAC等外設(shè)。圖源恩智浦產(chǎn)品說明書元器件3：元器件3為德州儀器的三相無感正弦電機驅(qū)動器芯片，型號：DRV10975。它是一款三相無感正弦電機驅(qū)動器芯片。采用內(nèi)置MOS，運行最大電流1.5A。支持多種電機類型，如永磁同步電機、無刷直流電機和風扇電機等。此外，該芯片還支持多種保護功能，如過流保護、過溫保護和電壓保護等，可保護電機和芯片的安全性。
圖源德州儀器產(chǎn)品說明書元器件4：潤石CMOS模擬IC，型號：RS2254。它配置為四路雙邊單刀/單擲(SPST)開關(guān)。用于模擬或數(shù)字信號的傳輸或多路復用。
圖源潤石產(chǎn)品說明書元器件5：德州儀器單芯片鋰電池充電管理器 BQ25611d。BQ25611d高度集成了3A開關(guān)模式電池充電管理和系統(tǒng)電源路徑管理器件。它可為智能手機和平板電腦等各種應用提供快速充電功能和高輸入電壓。其低阻抗電源路徑對開關(guān)模式運行效率進行了優(yōu)化，縮短了電池充電時間并延長了放電階段的電池運行時間。圖源德州儀器產(chǎn)品說明書國替峰岹三相內(nèi)置MOSFET無傳感器磁場定向控制器 FT8215QDyson方案馬達主控芯片為DRV10975，其驅(qū)動方式為無傳感器的正弦驅(qū)動，集成功率MOSFET的三相電機驅(qū)動器，可通過PWM、模擬、或I2C 輸入控制電機，電壓范圍為6.5-18.0V，最大持續(xù)電流為1.5A。值得一提的是，作為電機驅(qū)動控制芯片的領(lǐng)軍企業(yè)，峰岹科技在消費電子和工業(yè)控制等各個領(lǐng)域都有較為領(lǐng)先的技術(shù)和眾多的產(chǎn)品應用方案;峰岹科技在空氣凈化耳機、電動口罩、呼吸機等空氣凈化類產(chǎn)品領(lǐng)域，可提供集成度更高、外圍器件更少、噪音更低的控制方案。這款型號為FT8215Q的主控芯片， 是一款三相內(nèi)置 MOSFET 無傳感器磁場定向控制直流無刷馬達驅(qū)動 IC。芯片集成度高，外圍元器件少，電機噪聲低，轉(zhuǎn)矩脈動小。其電壓范圍為5-18V，工作電流最大為2A，完全滿足此類應用。兩款芯片對比數(shù)據(jù)：主控芯片參數(shù)對比

FT8215Q的電壓、電流比DRV10975范圍更寬，且封裝尺寸上也較小，F(xiàn)T8215Q具備了基本的常規(guī)保護。在驅(qū)動方式上使用了靜音效果更好的無感FOC驅(qū)動控制。應用原理圖對比
功能框圖對比相電流波形對比1啟動FT8215Q加入了軟開關(guān)機的功能，在開指令時逐漸增加電機的電流，在關(guān)指令時逐漸減少電機的電流，使電機平滑啟動或關(guān)機，有效降低電流大小突變引起的噪音。
2運行&停止
半導體器件應用網(wǎng)總結(jié)通過拆解，我們了解到這款Dyson Zone空氣凈化耳機核心處理器的核心元器件為德州儀器三相無感正弦電機驅(qū)動器芯片DRV10975，該芯片還支持多種保護功能，如過流保護、過溫保護和電壓保護等，可保護電機和芯片的安全性。國內(nèi)電機驅(qū)動控制芯片領(lǐng)軍企業(yè)峰岹科技FT8215Q支持的電壓、電流范圍比DRV10975更寬，且封裝尺寸上也較小，F(xiàn)T8215Q具備了基本的常規(guī)保護。在驅(qū)動方式上使用了靜音效果更好的無感FOC驅(qū)動控制，因此可以看出峰岹科技三相內(nèi)置 MOSFET 無傳感器磁場定向控制器FT8215Q是國產(chǎn)替代不錯的選擇，完全可以替代德州儀器無感正弦電機驅(qū)動器芯片DRV10975。