TWS 耳机 光学入耳侦测传感器 组装建议书

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TWS 耳机

蓝牙耳机 光学入耳侦测传感器 光学心率传感器

(基于 QCC302x, QCC512x 系列芯片)

组装建议书

产品与应用领域

l                      TWS 蓝牙耳机

l                      TWS Plus 蓝牙耳机

n                      备注: 见章节2.2 TWS Plus

l                      TWS耳机双耳麦克风通话切换

l                      与太阳镜等眼睛产品配合的蓝牙耳机方案

l                      带有入耳检测/接近检测/佩戴检测传感器的蓝牙耳机

l                      带有心率传感器的蓝牙耳机

简介

l                      南京天易合芯HX3001L 光学(激光板) 入耳侦测传感器

l                      南京天易合芯HX3312 光学 心率监测传感器

l                      与高通的QCC302x QCC303xQCC512x 系列芯片配合工作

l                      滤光片(光学透镜)设计指南

l                      组装指南

l                      校准指南

V1.2 2019-07-24

 

 

 

 

 

 

 

Document History

Revision

Date

Change Reasons

 

2018-12

Start the TWS project

1.0

2019-07-10

First Release

1.1

2019-07-17

增加 对空状态的详细说明, 见: 3.4 “对空”状态说明

增加 TWS BLE Tester APP下载连接, 见: 2.6使用APP进行校准

1.2

2019-07-24

增加耳机自校准功能说明, 见: 2.7 耳机自校准

耳机自校准是更加快速, 更有效率的光学入耳侦测的校准方案.

 

 

 

 

 

 

INDEX

Document History        

1 概述:        

2 基础资料:        

2.1 南京天易合芯HX3001L 光学(激光) 入耳侦测传感器        

2.2 南京天易合芯 HX3312 光学 心率监测传感器        

2.3与高通的QCC302x 和 QCC512x 系列芯片配合工作        

2.4 HX3001L光学入耳/佩戴检测传感器使用体验        

2.5 光学入耳侦测传感器的产线校准方案简介        

2.6 使用APP进行校准        

2.7 耳机自校准        

3 组装指南        

3.1 组装前要确保的品质        

3.2 组装顺序A        

3.3 组装顺序B        

3.4 “对空”状态说明        

4 光学入耳侦测传感器的产线校准方案        

4.1 A类: 先将FPC(带有HX3001L传感器)与滤光片组装在一起        

4.2 B类: 先将滤光片与耳机外壳组装在一起        

Terms and Definitions        

 

1 概述: 

芯联锐创设计, 开发, 制造的基于光学传感器的入耳侦测和心率监测方案, 在TWS耳机和普通蓝牙耳机中, 进行设计, 生产和制造过程中的注意事项与各种实用的规范与测试方案.

2 基础资料:

2.1 南京天易合芯HX3001L 光学(激光) 入耳侦测传感器

技术资料: HX3001L 技术手册 与 光学结构设计说明

下载链接:https://share.weiyun.com/5jtEAt1 

2.2 南京天易合芯 HX3312 光学 心率监测传感器

技术资料: HX3312 技术手册 与 光学结构设计说明

下载链接:https://share.weiyun.com/5zZHVf7 

2.3与高通的QCC302x 和 QCC512x 系列芯片配合工作

HX3312 光学心率监测传感器, 与高通的QCC系列芯片通过I2C接口连接. 心率的算法, 内置于QCC芯片内部, 无需额外的单片机(MCU)辅助. HX3312 光学心率传感器, 在使用过程中, 需要与G Sensor配合, 完成对运动状态下的心率计算的精度的补偿.

HX3001L 光学(激光)入耳侦测传感器, 与高通的QCC系列芯片通过AIO与PIO引脚连接. 入耳状态的判定算法, 内置于QCC芯片内部, 无需额外的单片机(MCU)辅助.

2.4 HX3001L光学入耳/佩戴检测传感器使用体验

激光光学入耳/佩戴检测传感器, 用于判断耳机是否在耳道中, 由此判定耳机是否处于佩戴状态.

通过该功能, 可以提升TWS耳机的用户使用体验. 比如在左右耳机间自动切换语音通话用麦克风; 控制音乐的播放与暂停; 接听与挂断电话等.

激光光学入耳/佩戴检测传感器功耗极低(待机功耗100nA, 平均工作功耗2uA至20uA), 对耳机电池使用时长几乎无影响. 耳机结构设计中的 漏光控制越好, 传感器的平均工作电流越小. 最低可以低至2uA. 最高不会超过20uA.

注:漏光是指耳机佩戴在耳朵中的时候, 经由皮肤与耳机表面间的缝隙, 折射到心率传感器感应窗口的阳光光线.

总结:

l                      传感器直接连接QCC302x或者512x蓝牙主晶片, 没有额外的独立的MCU. 全部的入耳侦测算法和抗干扰算法内置在高通的蓝牙主晶片中.

l                      完美的抵抗强烈太阳光干扰, 在强烈的阳光下使用, 光学入耳侦测功能不会有任何的误触发.

l                      使用体验极好. 仅使用一枚光感, 达到AirPods耳机的入耳侦测功能的使用体验.

l                      对滤光片材质要求非常普通, 原材料价格便宜, 没有最小起订量要求.

l                      提供标准的滤光片设计给客户参考, 方便结构工程师工作, 确保达到最佳设计效果.

l                      最重要的: 提供耳机组装线使用的入耳侦测功能测试与校准方案. 允许客户测试入耳侦测功能, 校准因为组装一致性偏差所导致的入耳侦测功能一致性不好的问题, 筛选出组装不良品直接返修(不会导致耳机外壳报废), 大幅度的提升耳机的组装效率和良品率, 杜绝不良品流出.

l                      平均工作功耗极低: 仅额外增加2uA-20uA电流. (待机功耗100nA)

微信公众号文章: 抗强烈阳光干扰的TWS耳机光学入耳侦测方案

视频资料: 在强烈的太阳光下的光学入耳侦测功能的抗干扰测试

视频资料: 在办公室环境中的光学入耳侦测的功能测试

2.5 光学入耳侦测传感器的产线校准方案简介

光学入耳侦测传感器对于耳机组装, 有较高的组装精度的要求. 

l                      滤光片光学透镜的上下表面(内外面)不能有纹路, 油污: 最好是进行抛光清洗. 

l                      承托光学传感器的FPC需要进行补强: 或者直接使用硬质PCB承托光学传感器.

l                      光学传感器器件和滤光片的光学透镜之间:

n                      在垂直方向上要对准: 光学中心对准.

n                      在水平方向上要上下贴合紧密: 光学传感器的上表面(光学面)与滤光片的光学透镜的下表面(透镜内表面)间隙最佳距离是不超过0.1mm.

不过实际耳机成品组装时, 组装线不可能100% 的持续保证理想的组装精度. 滤光片必然有几率出现污损情况, 滤光片与光学传感器之间的对准与贴合紧密的程度也会出现差异. 这些都会导致入耳侦测功能的一致性发生浮动.

我们在耳机组装的过程中, 提供基于手机APP的入耳侦测传感器校准与不良品筛查的方案.

l                      可以在耳机成品测试环节重新擦写一次入耳侦测光感的阈值参数, 消除由于装配一致性差导致的入耳侦测功能一致性差异的问题. 这个修正的幅度和能力范围是有限的, 不过仍然可以大幅度的提高实际生产环节的良品率.

l                      对于装配一致性太差, 从而导致入耳侦测失效, 又超出校准范围, 矫正不过来的耳机, 能够筛选出来, 进入维修环节.

l                      建议客户在耳机组装即将完成, 在最后粘合之前, 进行光学入耳检测传感器的校准. 这样可以最大程度提升组装效率, 降低和减少返修拆机的损耗, 提升整体的组装良品率.

2.6 使用APP进行校准

TWS BLE Tester APP下载链接:https://share.weiyun.com/5wcNQVZ 

2.7 耳机自校准

将耳机放在校准用的治具上, 让耳机保持在充电状态, 按照一定的规律按下按键(比如双击或者三击, 具体的方法根据耳机使用的按键类型和是否与UI冲突而定), 耳机将完成自动的光感校准. 自动的光感校准需要耗时1-2秒, 校准期间禁止挪动耳机, 耳机的入耳侦测的光感必须处于 对空状态 (见: 对空状态说明)

校准用的治具在保证耳机处于充电状态时, 不能遮挡耳机的入耳侦测滤光片.

耳机自校准是更加快速, 更有效率的光学入耳侦测的校准方案.

3 组装指南

3.1 组装前要确保的品质

1. HX3001L 传感器与FPC焊接正确, 牢固. 无不良焊接问题

2. 滤光片/透镜上下表面光洁, 无油污/异物污染, 无波纹, 无折线等异常

3. 滤光片/透镜凹槽尺寸准确, 不偏大或者偏小

3.2 组装顺序A

先将FPC(带有HX3001L传感器)与滤光片组装在一起

3.3 组装顺序B

先将滤光片与耳机外壳组装在一起

3.4 “对空状态说明

对空状态是指TWS耳机的光学滤光片不被遮挡, 不被覆盖, 在普通的办公室或者车间的光照条件下, 采集自然灯光参数的状态. “对空状态下的HX3001L传感器收集到的光线强度参数, 会作为基础的判定参数使用.

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4 光学入耳侦测传感器的产线校准方案

4.1 A类: 先将FPC(带有HX3001L传感器)与滤光片组装在一起

A.1 通过测试架, 检查HX3001L 传感器与FPC之间的贴片焊接是否正确, 牢固. 有无不良焊接问题. 如果贴片品质可靠, 直通率达标, 此步骤可省略. 

A.2 检查滤光片/透镜上下表面是否光洁, 有无油污/异物污染, 有无波纹, 有无折线等异常. 如果滤光片注塑射出品质可靠, 良品率高, 此步骤可省略.

A.3 FPC(带有HX3001L传感器)与滤光片组装在一起

A.4 将组装完毕的组件的FPC与耳机主板焊接或用其他方式(比如连接器)组装好

A.5 将组装完毕的组件与耳机外壳组装好 (A4 和 A5 步骤可以根据组装的实际顺序调整)

A.6 将耳机的入耳侦测滤光片 对空通过手机APP对入耳侦测传感器的阈值进行校准

A.7 使用按键将耳机调节至校准模式, 将耳机的入耳侦测滤光片 对空, 此时QCC芯片内部的算法将对入耳侦测传感器的阈值进行自动校准

步骤A6 与A7, 可以根据实际情况在研发, 试产和量产阶段任意选用

A.8 根据APP提示或者耳机的LED指示灯提示, 将校准OK的耳机打胶完成组装; 将校准失败的耳机送至返修工位返修.

4.2 B类: 先将滤光片与耳机外壳组装在一起

B.1 通过测试架, 检查HX3001L 传感器与FPC之间的贴片焊接是否正确, 牢固. 有无不良焊接问题. 如果贴片品质可靠, 直通率达标, 此步骤可省略. 

B.2 检查滤光片/透镜上下表面是否光洁, 有无油污/异物污染, 有无波纹, 有无折线等异常. 如果滤光片注塑射出品质可靠, 良品率高, 此步骤可省略.

B.3 将滤光片与耳机外壳组装在一起

B.4 将带有HX3001L传感器的FPC与耳机主板焊接或用其他方式(比如连接器)组装好

B.5 将组装完毕的组件与耳机外壳组装好

B.6 将耳机的入耳侦测滤光片 对空通过手机APP对入耳侦测传感器的阈值进行校准

B.7 使用按键将耳机调节至校准模式, 将耳机的入耳侦测滤光片 对空, 此时QCC芯片内部的算法将对入耳侦测传感器的阈值进行自动校准

步骤A6 与A7, 可以根据实际情况在研发, 试产和量产阶段任意选用

B.8 根据APP提示或者耳机的LED指示灯提示, 将校准OK的耳机打胶完成组装; 将校准失败的耳机送至返修工位返修.

Terms and Definitions

Term

Definition

ADC

Analogue to Digital Converter

AES

Advanced Encryption Standard

AGC

Automatic Gain Control

AIO

Analogue Input/Output

ATT

ATTribute protocol

b

Bit

B

Byte

Bluetooth®

Set of technologies providing audio and data transfer over short range radio connections

Qualcomm® BlueCore™

Group term for QTILs range of Bluetooth wireless technology ICs

codec

Coder decoder

CSR™

Cambridge Silicon Radio

dBm

Decibels relative to 1mW

EIA

Electronic Industries Alliance

ESD

Electrostatic Discharge

GAP

Generic Access Profile

GATT

Generic ATTribute protocol

GSM

Global System for Mobile communications

HID

Human Interface Device

I²C

Inter-Integrated Circuit Interface

I²S

Inter-Integrated Circuit Sound

I/O

Input/Output

IC

Integrated Circuit

IF

Intermediate Frequency

IPC

See www.ipc.org

JEDEC

Joint Electron Device Engineering Council (now the JEDEC Solid State Technology Association)

KB

Kilobyte

L2CAP

Logical Link Control and Adaptation Protocol

LCD

Liquid-Crystal Display

LDO

Low (voltage) Drop-Out

LED

Light-Emitting Diode

LGA

Land Grid Array

LNA

Low Noise Amplifier

MAC

Medium Access Control

MCU

MicroController Unit

MISO

Master In Slave Out

MOSI

Master Out Slave In

MTP

Multiple-Time Programmable

NC

Not Connected or No Connection

NSMD

Non-Solder Mask Defined

NVM

Non-Volatile Memory

OTP

One-Time Programmable

PA

Power Amplifier

PC

Personal Computer

PCB

Printed Circuit Board

PCM

Pulse Code Modulation

PIO

Programmable Input/Output, also known as general purpose I/O

PMU

Power Management Unit

ppm

parts per million

PWM

Pulse Width Modulation

QTIL

Qualcomm Technologies International, Ltd.

RAM

Random Access Memory

RF

Radio Frequency

RISC

Reduced Instruction Set Computer

RoHS

Restriction of Hazardous Substances in Electrical and Electronic Equipment Directive (2002/95/EC)

ROM

Read Only Memory

RSSI

Received Signal Strength Indication

RX

Receive or Receiver

SDK

Software Development Kit

SMPS

Switch-Mode Power Supply

SPI

Serial Peripheral Interface

TX

Transmit or Transmitter

TWS

TrueWireless Stereo

TWS Plus

TrueWireless Stereo Plus

UART

Universal Asynchronous Receiver Transmitter

UI

User Interface

USB

Universal Serial Bus

VM

Virtual Machine

VCO

Voltage Controlled Oscillator

W-CDMA

Wideband Code Division Multiple Access

 

2020-03-04 17:35
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