無線藍牙耳機的音訊市場正在快速成長。人們已經習慣了無線音訊系統，行動電話產業正在邁向一個沒有音訊連接器和線纜的世界。大部分的一般使用者在想到藍牙音訊時，出現的畫面多是笨拙的耳罩式耳機，且少有額外功能。
無線藍牙耳機的音訊市場正在快速成長。人們已經習慣了無線音訊系統，行動電話產業正在邁向一個沒有音訊連接器和線纜的世界。大部分的一般使用者在想到藍牙音訊時，出現的畫面多是笨拙的耳罩式耳機，且少有額外功能。然而，現代音訊系統已朝向體積小型化的趨勢發展，同時盡力強化功能性和使用者體驗。這種需求帶動了一種被稱為真無線耳機(True Wireless Headsets, TWS)的新類型音訊產品的出現。看看這些新推出的入耳式(In-ear)系統，第一眼看到它們就像是相當簡單的裝置，但是你可以想像魔鬼就在細節中。TWS系統確實需要使用大量電子元件才能實現智慧功能及使用者友善特性，如圖1的高級系統概念圖所示。
圖1 系統概念圖
思考日常使用的TWS耳機，有幾種方法可以強化客戶體驗和整合無障礙的使用者介面。TWS系統設計人員面臨的主要問題之一是播放時間，因為TWS耳機的電池容量通常極為有限。一般電池容量可以達到60~150mA/h，如此能支撐2~4小時的播放時間。一旦電池電量耗盡，耳機就得進行充電才能執行下一次任務。
電力/自動配對齊下 收納盒增強TWS耳機戰力
目前，最先進的TWS耳機配備有充電收納盒，而不是將電線連接到兩邊耳機來為電池充電。這種充電收納盒很方便，既可以保管易丟失的小耳機，且能提供大容量電池。這讓使用者可以隨時隨地為耳機充電，不需依賴電源插座。這種充電收納盒/耳機的設計，旨在保證電池隨時滿載。要開始健身時才發現由於電池電量不足，您的耳機無法使用，這是用戶可以體驗到的最令人沮喪的事情之一。另一個改善用戶體驗的重點是耳機的自動啟動和配對。當耳機已被塞入耳朵時，使用者不希望還得等待裝置配對或啟動。它應該是一個無縫過程，無需按任何按鈕即可啟動配對過程。
為了協助標準TWS耳機變得更有智慧及友善使用，有個關鍵要求是讓充電收納盒和和耳機之間可以交換數據。
如果充電收納盒能夠掌握耳機的電池狀態，它就可以自動啟動對耳機進行再充電。這種連續的再充電過程是必要的，因為永遠在線的微控制器單元(MCU)會造成靜態電流消耗，如圖2所示。反之亦然，如果耳機能夠知道充電收納盒沒電了，它可以自動透過藍牙通知用戶為收納盒的電池充電。
圖2 詳細區塊圖
在自動啟動和配對方面，智慧連結也是頗有好處的。當充電收納盒通知耳機，告知收納盒盒蓋已打開，則耳機可以從睡眠模式醒來並準備藍牙配對過程，不需按下耳機上的按鈕就能啟用設備。
除了改善用戶體驗之外，充電收納盒和耳塞之間的連結，可以實現更好的工業設計、軟體更新、耳機個性化(名稱、EQ調音數據等)，以及將音樂數據傳輸至耳機等，這裡僅舉出市場上功能豐富且差異化產品的幾個應用範例。
為了更清楚地了解技術層面，進一步深入挖掘並更詳細檢視系統，如圖2所示。
在充電收納盒方面，最重要的當然是鋰離子電池和充電器，可以利用USB插槽，以標準5V電源為收納盒電池充電。低壓差穩壓器(LDO)和DC-DC轉換器等電源管理模組，將所需的電源電壓分配給MCU和放置在收納盒裡的其他裝置。必須使用專用的5V電源為耳機電池充電。永遠在線的MCU做為充電收納盒的中央控制單元，通常連接至其他幾個感測器(蓋子偵測、耳機偵測)以及充電器，以獲得有關收納盒電池狀態的更新。
在發生像是打開蓋子、插入耳機或耳機發出請求之類的觸發事件之後，它會交換所需訊息或將指令/數據傳送至耳機。
在耳機方面，拓撲基本上非常相似，但當然也需要藍牙系統單晶片(SoC)。耳機中的MCU將直接與充電收納盒的MCU溝通，來回交換資訊。
感測器方面可能還有其他裝置，例如用於耳插入偵測的接近感測器、加速器感測器、用於健身設備的心率測感器、溫度感測器和觸控感測器等。
如圖2所示，需要多個接腳來實現充電收納盒和耳機的智慧功能。這個事實有幾個缺點：為了達到較高的客戶接受程度，TWS解決方案的體積不能比有線方案大太多。因此，在耳機上放置額外的接點(Pole)，總是會導致空間和功能之間必須有所妥協。此外，如果需要在耳機上放置數個接點，則對設計和外觀也會有不好的影響。當然，選擇之一是採用藍牙低功耗(BLE)連結鏈路，但這會顯著影響物材料成本並增加軟體工作。
一個比較好的折衷辦法，是強化用於耳機充電(電線接地端GND和5V)的兩個標準接點的功能。如果兩條連線的功能得到擴充，能夠以並行方式充電並和耳機同時通訊，則可以在沒有物理空間或設計缺陷的情況下實現所有智慧和使用者友善的功能。
專用應用程式助攻 無線藍牙耳機好處多
藉由專用應用程式可以進一步提升用戶體驗，耳機現在能為任何智慧裝置提供大量資訊，這能帶來許多好處，一些例子包括：
TWS系統的發展剛剛開始，但由於競爭激烈的市場和高要求的客戶，它將很快達到頂峰。除了小型化和設計改善之外，採用標準藍牙耳機已有的特性和功能，如主動雜訊消除、無線充電、心率追蹤或通話裝置等將大為可行，因為這能將相關設備的功耗降至最低。
另一方面，TWS耳機也可能成為未來的一部分，在未來，資訊和聯網比以往任何時候都更融入日常生活。耳機可以佩戴使用一整天，且由於連結至網際網路，所以能開啟新的大門，並且創造各種新設備和應用程式。擴增聆聽(Augumented Hearing)、免手持導航，或是外語翻譯等，這些還只是人們可以想像的一些應用類型。一旦克服了技術障礙，TWS耳機就會在不知不覺間進入每個人的生活。
(本文作者皆任職於艾邁思半導體)