易冲無線(CPS) RX TWS耳機無線充電設計要點

一、 易冲無線(CPS) RX for TWS Earphone Cradle

二、CPS3008性能

• WPC RX控制器: 5 Ｗatt max.
• 內建Embedded 8051 core, 14kB MTP memory, 2k SRAM
• 高操作電壓: 16V max
• 可調輸出電壓：3.5V 至 9V, 20mV/階
• 12bit ADC:　高精度電壓、電流、溫度讀值
• 2.1mm x 2.5mm WLCSP-30包裝

三、CPS5211 性能

• 低耗靜態消耗電流: 2uA
• WPC RX控制器: 5 Ｗatt max.
• 內建升壓DC/DC:  5V/0.5A max.
• 支援有線/無線充電輸入源切換
• 內建左/右耳機負載開關
• 支援耳機接點PWM或UART通訊功能
• QFN28 4mmx4mm　包裝

四、線圈設計     

• 線圈外徑越大越好

  • 在同一隔磁片上繞制線圈，線圈外徑越大，得到同樣的感量，DCR越小

  • lRx線圈遠小於Tx線圈，因此，Rx線圈外徑最好大於Tx線圈內徑（A11線圈內徑20.5mm）

• • 建議線圈外徑最小值
    • 方形線圈20mm*32mm

• • • 圓形線圈直徑22mm

• • • 跑道型線圈18mm*35mm

• 線圈感量15uH—20uH之間

  • 線圈外徑一致情況下，感量越大其耦合就越好，能支援的輸出功率也就越高對相容性來說越好

  • 但同樣的條件下，感量越大DCR相對的越大其損耗也隨之越大，通常情況下DCR小於300mohm

• 隔磁片磁導率700—2000之間

  • 磁導率越高，磁遮罩效果越好但其損耗就越大

  • 採用多層磁導率略低的隔磁片遮罩，同樣增加遮罩效果同時損耗增加會小於單層導率高的隔磁

五、結構設計

• 金屬件暴露在Tx磁場中，會產生三種不良影響

  • 增加發熱量，降低效率

  • 影響Tx解調，誤報FOD

  • 影響Qi認證

• Rx線圈磁遮罩層建議盡可能覆蓋所有金屬材質，包括PCBA、電池、金屬轉軸、USB等

• 不能被Rx線圈覆蓋的金屬材質元器件，若暴露在Tx磁場中建議離底部TX線圈表面垂直距離6mm為佳

六、熱問題

• 行業對溫度的一般性要求
  • 電池安全溫度，45℃以內
  • 外殼溫度，不高於40℃
  • 耳機溫度，不高於38℃

• 主要熱源

  • 無線充電和系統電池充電效率損耗的溫升

  • 系統電池充電IC的溫升

  • 無線充電IC的溫升

  • 線圈耦合係數：線圈耦合系數至少要超過0.6 ，大約400mW損耗會在功率接受線圈部分

• 次生熱源

  • 艙體金屬材料在磁場中的發熱（渦流效應）

• 一般採用過溫保護斷充機制，適當增加充電時長，解決散熱問題

七、噪音問題

• 噪音的原理：無線充Rx和Tx通信的頻率為2KHz，人耳能聽到的頻率範圍20Hz—20KHz，無線充產生噪音是一種必然，與IC無關

• 噪音來源的方式：多層陶瓷電容，多層電容膜之間容易產生機械振盪；線圈層間和匝間以及線圈與殼體之間的機械振盪

• 解決多層陶瓷電容產生噪音的措施

  • 多層陶瓷電容換成降噪電容，成本增加

  • Vrect上的多層陶瓷電容，在PCB的Top層和Bottom層相對位置對稱放置，抵消彼此機械振盪

• 解決線圈無線充電時產生噪音的措施

  • 線圈層間與匝間通過膠固定緊密，必要時浸漆處理

  • 線圈與殼體之間貼合緊密

八、 Qi認證

• 測試內容

  • CT測試 -- 功能性能測試

  • IOP測試 -- 相容性測試

• 認證的難點

  • 每個發射設備TX方案其產品形態與功率等級各不一樣

  • 特別是Tx線圈種類繁多，諧振參數各不相同，Tx和Rx耦合係數差異太大，非常容易導致配合工作困難

• 常見相容性問題解決措施

  • 金屬的影響

    • 由於大量金屬的存在，導致有些Tx誤報FOD

    • 解決方案：增加磁遮罩層，盡可能多的遮罩金屬

  • 諧振參數的影響

    • 增加線圈之間的互感，提高ping階段的能量傳輸

    • 增大線圈感量會增加線圈之間的互感，但同時會帶來更大的損耗，一般建議值不超過20uH

  • 調製參數的影響

    • 增加調試深度，讓Tx更容易解調到Rx的數據包

    • 增加調製電容容值(但調製電容太大產生的噪音就越大，一般建議值為22nF-47nF)