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产品拆解 | 戴森 Zone空气净化耳机,马达控制方案全解析

放大字体  缩小字体 发布日期:2023-05-24 浏览次数:512

 耳机

耳机

前言:

研究显示,PM2.5浓度越高,呼吸系统病症和心血管病的发病率也会同步增高,PM2.5主要由日常发电、工业生产、汽车尾气排放产生,在IQAir最新发布的《2022年全球空气质量报告》显示,在131个国家中,仅六个国家达到了世卫组织的PM2.5指导标准,也就是说全球90%的国家和人民遭受着空气污染的危害。

目前市面上已经有各种各样的净化空气的产品,那有没有一款耳机是既能听歌,又能同时净化空气的呢?有,它就是Dyson推出的可穿戴产品,空气净化耳机,耳机集面罩与头戴式耳机于一体的Dyson Zone空气净化耳机采用独特的圆形耳罩设计,耳机具有时尚感和舒适性。

本期《产品拆解》栏目将带来这款Dyson Zone空气净化耳机的拆解。Dyson Zone空气净化耳机拥有专业级耳机主动降噪技术,耳机能够减少环境噪声,并提供更好的耳机听音效果;40mm钕磁扬声器驱动器,耳机能够减少耳机声音失真,尽可能还原音乐家创作的原始音乐素质。总耳机谐波失真率低至0.08%(@1kHz)并采用了高端的电子元件和片组,耳机主动降噪技术使用了11个麦克风和一个降噪芯片,实现了耳机高精度的声音处理。

Dyson Zone空气净化耳机工作原理-空气净化:

Dyson Zone空气净化耳机内置了戴森有史以来最小尺寸的马达,9叶混流式叶轮,马达每分钟 9750转。耳机每分钟可输出135L洁净空气。耳机气流从耳罩旁边进风口进入,经过双重滤网后,再通过无接触式面罩输送到耳机用户口鼻处,可以有效确保耳机用户能够呼吸到净化过的空气。

空气净化耳机主要元器件预览:

  • 恒玄双模高速SoC BES2300
  • 恩智浦微控制器 LPC5528
  • 德州仪器三相无感正弦电机驱动器芯片 DRV10975
  • 德州仪器单芯片锂电池充电管理器 BQ25611d
  • 润石模拟集成电路 RS2254
     

Dyson Zone空气净化耳机拆解:降噪耳机与空气净化怎么同时实现?

首先我们将空气净化耳机的所有螺丝拧开,打开耳机外壳,由于电耳机机相线连接在控制板上,现将相线从控制板取下来,耳机扬声器端子也一并拔开。

耳机

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拆开耳机之后可以发现整副耳机声学调音搭配多达11个麦克风,耳机采用ANC主动降噪技术,搭配耳机自身的被动降噪,降噪深度可达40dB2,耳机每秒监测周围的噪音384,000 次。

戴森为了实现高保真音质,耳机把音乐细节呈现给广大用户,给到了颇为优秀的配置——40mm钕磁扬声器驱动器,总谐波失真率低至0.08% (@1kHz),加上智能音频处理技术,意味着它能高度还原乐曲的原声模样,让你的耳朵听到最真实的音乐。

耳机

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拆开耳罩层可以发现在被动降噪上,戴森对耳罩进行了优化设计。耳罩形态符合人体工学,佩戴时耳机可以整体贴合双耳,不仅舒适度好,而且也能隔绝一部分外界噪音。

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耳罩层

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戴森空气净化耳机采用双重滤网:静电式滤网,可在不同气候环境下实现净化功能。富钾炭滤网,过滤城市中的烟雾、有害气体,并有效减轻二手烟及人体异味。

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对面罩衔接耳机处进行拆解,耳机内置了戴森有史以来最小尺寸的马达,耳机9叶混流式叶轮,耳机电机每分钟9750转,耳机每分钟可输出135L洁净空气。耳机气流从耳罩旁边进风口进入,再通过无接触式面罩输送到耳机用户口鼻处,耳机可以有效确保用户能够呼吸到净化过的空气。

耳机

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另外,我们还发现为了克服耳机马达旋转所带来的噪音,戴森耳机还采用了专门研发的轻质底架,将马达悬挂安装,从而最大幅度地减少耳机振动的传递所造成的耳机噪音。但需要注意的是,耳机在开启降噪,但没有播放音乐的情况下,还是不可避免会听到一些耳机马达转动时的嗡嗡声,但如果播放音乐的话,基本上就感受不到了。

电路控制板

耳机

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Dyson Zoom的核“芯”大脑。作为一款主动降噪兼空气净化的耳机,两方面的核心处理器必不可少。

耳机

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元器件1:

元器件1为恒玄双模AIoT SoC芯片,型号:BES2300。BES2300是一款全集成自适应主动降噪方案,支持LBRT低频转发技术和蓝牙双模BT5.0,它还支持第三代FWS全无线立体声技术、双麦克风等,采用先进的28nm HKMG CMOS工艺,实现了业界领先的低功耗水平,音乐模式下的功耗小于5mA。支持降噪技术,尤其是高性能的自适应主动降噪技术,可以让高端主动降噪耳机使用一颗全集成芯片实现高音质和主动降噪。BES2300还支持外接心率传感器、加速度传感器等等外接传感器设备和eMMC闪存,可以达到外接存储设备播放音乐的目的。

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图源恒玄科技

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元器件2:

元器件2是一款高性能ARM Cortex-M33内核微控制器,来自恩智浦,型号LPC5528。该芯片采用了40nm工艺,主频高达150MHz,具有丰富的外设和接口,适用于各种嵌入式应用。同时还具有512KBflash和256KB RAM,支持多种通信接口,如USB、SPI、I2C、UART等,并具有多个定时器、PWM输出、ADC和DAC等外设。

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图源恩智浦产品说明书

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元器件3:

元器件3为德州仪器的三相无感正弦电机驱动器芯片,型号:DRV10975。它是一款三相无感正弦电机驱动器芯片。采用内置MOS,运行最大电流1.5A。支持多种电机类型,如永磁同步电机、无刷直流电机和风扇电机等。此外,该芯片还支持多种保护功能,如过流保护、过温保护和电压保护等,可保护电机和芯片的安全性。

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图源德州仪器产品说明书

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元器件4:

润石CMOS模拟IC,型号:RS2254。它配置为四路双边单刀/单掷(SPST)开关。用于模拟或数字信号的传输或多路复用。

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图源润石产品说明书

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元器件5:

德州仪器单芯片锂电池充电管理器 BQ25611d。BQ25611d高度集成了3A开关模式电池充电管理和系统电源路径管理器件。它可为智能手机和平板电脑等各种应用提供快速充电功能和高输入电压。其低阻抗电源路径对开关模式运行效率进行了优化,缩短了电池充电时间并延长了放电阶段的电池运行时间。

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图源德州仪器产品说明书

国替峰岹三相内置MOSFET无传感器磁场定向控制器 FT8215Q

Dyson方案马达主控芯片为DRV10975,耳机驱动方式为无传感器的正弦驱动,集成功率MOSFET的三相电机驱动器,可通过PWM、模拟、或I2C 输入控制电机,电压范围为6.5-18.0V,最大持续电流为1.5A。

值得一提的是,作为电机驱动控制芯片的领军企业,峰岹科技在消费电子和工业控制等各个领域都有较为领先的技术和众多的产品应用方案;峰岹科技在空气净化耳机、电动口罩、呼吸机等空气净化类产品领域,可提供集成度更高、外围器件更少、噪音更低的控制方案。

这款型号为FT8215Q的主控芯片, 是一款三相内置 MOSFET 无传感器磁场定向控制直流无刷马达驱动 IC。芯片集成度高,外围元器件少,电机噪声低,转矩脉动小。其电压范围为5-18V,工作电流最大为2A,完全满足此类应用。

耳机

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两款芯片对比数据:

主控芯片参数对比

耳机

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FT8215Q的电压、电流比DRV10975范围更宽,且封装尺寸上也较小,FT8215Q基本都具备了常规保护。在驱动方式上使用了静音效果更好的无感FOC驱动控制。

应用原理图对比

耳机

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功能框图对比

耳机

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相电流波形对比

1启动

FT8215Q加入了软开关机的功能,在开指令时逐渐增加电机的电流,在关指令时逐渐减少电机的电流,使电机平滑启动或关机,有效降低电流大小突变引起的噪音。

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2运行&停止

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半导体器件应用网总结

通过拆解,我们了解到这款Dyson Zone空气净化耳机核心处理器的核心元器件为德州仪器三相无感正弦电机驱动器芯片DRV10975,该芯片还支持多种保护功能,如过流保护、过温保护和电压保护等,可保护电机和芯片的安全性。国内电机驱动控制芯片领军企业峰岹科技FT8215Q支持的电压、电流范围比DRV10975更宽,且封装尺寸上也较小,FT8215Q具备了基本的常规保护。在驱动方式上使用了静音效果更好的无感FOC驱动控制,因此可以看出峰岹科技三相内置 MOSFET 无传感器磁场定向控制器FT8215Q是国产替代不错的选择,完全可以替代德州仪器相无感正弦电机驱动器芯片DRV10975。

相关链接:
峰岹科技致力于高性能电机驱动控制芯片设计及核心应用控制算法的研发,公司自主研发:电机控制芯片设计技术、电机设计技术、驱动架构、传感器技术及电机矢量控制算法等;峰岹科技芯片产品和应用方案垂直细分市场分布于消费电子、运动控制、电动工具、IT及通信设备、汽车电子、工业设备及机器人等领域。
 

 
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