Leitfaden zur Auswahl von Hall-Schalter-Schaltkreisen für 1,2-V-Always-On-TWS-Systeme

Im heutigen Echtes kabelloses Stereo (TWS)-Ohrhörer ist die Energieeffizienz kein Einzelparameter-Optimierungsproblem mehr. Ob im Ladeetui oder im Kopfhörer selbst, TWS-Systeme zeichnen sich durch extrem kleine Formfaktoren, stark eingeschränkte PCB-Ressourcen und begrenzte Batteriekapazität aus. Unter diesen Bedingungen kann selbst ein Stromverbrauch im Mikroampere-Bereich die Standby-Zeit und das gesamte Benutzererlebnis erheblich beeinträchtigen. Gleichzeitig integrieren moderne TWS-Produkte mehr Always-On-Funktionen wie Deckelerkennung, In-Ear-Erkennung, Sprachaktivierung und intelligente Interaktion. Diese Funktionen basieren auf Sensoren und Logikblöcken, die kontinuierlich mit Strom versorgt werden, sodass das Design des Hall-Schalter-Schaltkreises eine Entscheidung auf Systemebene und nicht eine einfache Komponentenauswahl ist.

Echte drahtlose Stereoanwendung

Warum der Hall-Schalter-Schaltkreis zu einer leistungskritischen Komponente geworden ist

In einer typischen TWS-Anwendung wird der Hall-Schalter-Schaltkreis verwendet, um magnetische Zustandsänderungen zu erkennen, die durch das Öffnen und Schließen des Ladegehäuses, die Position von Ohrhörern oder Zubehörabdeckungen verursacht werden. Im Gegensatz zu intermittierenden Sensoren befindet sich der Hall-Effekt-Schalter normalerweise im Always-On-Bereich und ist rund um die Uhr in Betrieb, selbst wenn sich der Haupt-SoC im Tiefschlaf befindet.

In der Vergangenheit waren viele Hall-Switch-Schaltkreise für den Betrieb mit 1,8 V oder 3,3 V ausgelegt. Während dieser Ansatz in früheren Architekturen akzeptabel war, bringt er in modernen Systemen mit extrem geringem Stromverbrauch klare Nachteile mit sich. Die Versorgung eines Hall-Effekt-Schalters mit höherer Spannung über eine 1,2-V-basierte Plattform erfordert zusätzliche LDOs, die den statischen Leistungsverlust erhöhen, Ruhestrom hinzufügen und den Leistungsbaum komplizieren. Mit der Zeit häufen sich diese Ineffizienzen und verringern direkt die Standby-Leistung.

Infolgedessen ist die Auswahl des Hall-Switch-Schaltkreises jetzt eng mit der Planung des Spannungsbereichs und der Budgetierung der Always-On-Stromversorgung verknüpft.

Die Industrie verlagert sich hin zu 1,2-V-Hall-Schaltkreisen

Angetrieben durch fortschrittliche Halbleiterprozesse und anspruchsvolle Batterielebensdauerziele haben führende TWS-SoC-Plattformen sowohl für die Kernspannung als auch für den Always-On-Bereich standardisiert 1,2 V. Diese Verschiebung spiegelt eine umfassendere Optimierungsstrategie auf Systemebene wider und nicht eine Verbesserung eines einzelnen Geräts.

Aus architektonischer Sicht ist der effizienteste Hall-Switch-Schaltkreis derjenige, der direkt über die 1,2-V-Always-On-Schiene mit Strom versorgt werden kann. Ein nativer 1,2-V-Hall-Effekt-Schalter eliminiert Spannungsumwandlungsstufen, reduziert Leckpfade und vereinfacht das Systemdesign. Noch wichtiger ist, dass Ingenieure damit die Always-On-Funktionalität skalieren können, ohne den Standby-Stromverbrauch unverhältnismäßig zu erhöhen.

In diesem Zusammenhang ist der 1,2-V-Betrieb keine Nischenanforderung mehr – er wird zur Grundlage für TWS-Designs der nächsten Generation.

ETEKs 1,2-V-Hall-Schaltkreislösungen

ETEK hat diesen Trend erkannt und ein spezielles Portfolio an Hall-Switch-Schaltkreislösungen entwickelt, die für 1,2-V-Always-On-Systeme optimiert sind. Diese Geräte sind nicht nur auf die Erfüllung der Spannungsanforderungen ausgelegt, sondern auch auf die realen Einschränkungen von TWS-Produkten, einschließlich Größe, Zuverlässigkeit und Langzeitstabilität.

Der ET3725Axx ist ein omnipolarer Hall-Effekt-Schalter mit zwei Ausgängen, der einen breiten Betriebsspannungsbereich von 1,0 V bis 3,5 V unterstützt und daher natürlich mit 1,2-V-SoC-Plattformen kompatibel ist. Seine omnipolare Erfassungsfähigkeit ermöglicht eine flexible Magnetplatzierung, was das mechanische Design in kompakten Ladegehäusen vereinfacht. Mit einem ultrakleinen DFN4-Gehäuse von 1 mm × 1 mm passt dieser Hall-Schalter-Schaltkreis problemlos in hochintegrierte Leiterplatten, bei denen es auf jeden Bruchteil eines Millimeters ankommt.

Für Anwendungen mit einfacheren Erkennungsanforderungen oder höherer Kostensensibilität bietet ETEK auch das an ET3715A Serie, ein Hall-Effekt-Schalter mit einem Ausgang, der ebenfalls den 1,2-V-Betrieb unterstützt. Dies bietet Entwicklern eine größere Flexibilität beim Ausgleich von Funktionalität, Kosten und Stromverbrauch, ohne die Kompatibilität mit Always-On-Domänen mit niedriger Spannung zu beeinträchtigen.

ETEK Hall-Schalterschaltung

Bewährte Leistung bei großvolumigen TWS-Projekten

Für die Unterhaltungselektronik reicht die Spezifikationsanpassung allein nicht aus. Die Zuverlässigkeit im Dauerbetrieb ist für alle in TWS-Systemen verwendeten Hall-Switch-Schaltkreise gleichermaßen entscheidend. Die 1,2-V-Halleffekt-Schalterfamilie von ETEK wurde bereits in Samsungs Flaggschiff-TWS-Projekten eingesetzt und die Gesamtauslieferungen übersteigen eine Million Einheiten.

Dieser groß angelegte Einsatz demonstriert ein stabiles magnetisches Schaltverhalten, eine gleichbleibende Empfindlichkeit bei Temperaturschwankungen und einen zuverlässigen Betrieb unter langfristigen Always-On-Bedingungen. Für OEMs und ODMs reduziert eine solche Massenproduktionsvalidierung das Design-in-Risiko erheblich und beschleunigt die Markteinführungszeit.

Vorteile nativer 1,2-V-Hall-Schaltkreise auf Systemebene

Durch die Auswahl eines Hall-Switch-Schaltkreises, der den 1,2-V-Betrieb direkt unterstützt, profitieren Entwickler von mehreren Vorteilen auf Systemebene:

✔Geringerer Standby-Stromverbrauch durch reduzierten Ruhestrom und weniger LDO-Stufen

✔Eine vereinfachte Stromversorgungsarchitektur mit weniger externen Komponenten

✔Reduzierte Leiterplattenfläche und Stücklistenkosten

✔Bessere Skalierbarkeit, da die Always-On-Funktionen weiter erweitert werden

Da sich TWS-Produkte hin zu einer intelligenteren, kontextbewussten Interaktion weiterentwickeln, werden diese Vorteile immer wichtiger.

Fazit: Hall-Schalter-Schaltungsdesign für die 1,2-V-Ära

Da TWS-SoC-Plattformen fest in die 1,2-V-Ära eintreten, müssen sich Always-On-Komponenten entsprechend weiterentwickeln. Der Hall-Schalterkreis spielt als kontinuierlich mit Strom versorgtes Sensorelement eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Gesamtsystemeffizienz.

Das 1,2-V-Hall-Schaltkreis-Portfolio von ETEK ist darauf ausgelegt, diese neuen Anforderungen zu erfüllen, indem es Ultra-Niederspannungsbetrieb, kompakte Verpackung und bewährte Zuverlässigkeit in Verbraucheranwendungen mit hohem Volumen vereint. Für Ingenieure, die die nächste Generation von TWS und tragbaren Elektronikgeräten entwickeln, ist die Wahl des richtigen Hall-Switch-Schaltkreises ein grundlegender Schritt auf dem Weg zu einer längeren Batterielebensdauer und einer saubereren Systemarchitektur.

Für Muster, technischen Support oder Design-in-Anfragen:

marketing@etekmicro.com