কিভাবে TWS ইয়ারবাডের জন্য একটি চার্জিং পোগো পিন ডিজাইন করবেন?
TWS ওয়্যারলেস ব্লুটুথ হেডসেট সাম্প্রতিক বছরগুলিতে পুরুষ, মহিলা এবং শিশুদের দ্বারা পছন্দ করা স্মার্ট পরিধানযোগ্য পণ্যগুলির মধ্যে একটি৷ এটি ছোট এবং সূক্ষ্ম, চার্জ করা সহজ এবং বিভিন্ন আকার রয়েছে। এটি চার্জিং বগিতে রেখে চার্জ করা যেতে পারে। TWS ব্লুটুথ হেডসেট চার্জিং কম্পার্টমেন্টের মূল উপাদানগুলির মধ্যে একটি হল পোগোপিন পোগো পিন৷ পোগো পিনের মহিলা প্রান্ত এবং চার্জিং বগিতে পুরুষ প্রান্তের মধ্যে যোগাযোগের মাধ্যমে TWS ইয়ারফোনগুলি চার্জ করা যেতে পারে। বাজারে ৮০ শতাংশ ব্র্যান্ড পোগো পিন ব্যবহার করতে পছন্দ করে।
TWS হেডসেট চার্জিং বক্স একটি আদর্শ নিম্ন-শক্তি ওয়্যারলেস চার্জিং দৃশ্যকল্প। TWS ওয়্যারলেস ব্লুটুথ হেডসেট যা ওয়্যারলেস চার্জিং সমর্থন করে তার চার্জিং বক্সে একটি অন্তর্নির্মিত ওয়্যারলেস চার্জিং রিসিভিং মডিউল রয়েছে, যা বেতার চার্জিং মোবাইল ফোনের মতো চার্জ করার জন্য বেতার চার্জারে স্থাপন করা যেতে পারে, বেতার চার্জিং উপলব্ধি করে। ব্লুটুথ প্লাস ওয়্যারলেস চার্জিং এর "সত্যিই বেতার" ফাংশনটির একটি ভাল ব্যবহারকারীর অভিজ্ঞতা রয়েছে এবং এটিকে TWS সত্য বেতার ব্লুটুথ হেডসেটের চূড়ান্ত রূপ বলে মনে করা হয়।
এখন হেডফোন হেডের ডিজাইনে TWS ইয়ারফোনগুলিকে মোটামুটিভাবে সেমি-ইন-কানে বিভক্ত করা হয়েছে যার সাথে লম্বা হ্যান্ডলগুলি এবং কক্লিয়ার-টাইপ বিন স্প্রাউট আকৃতি রয়েছে। ইয়ারফোনের আকার তুলনামূলকভাবে সীমিত, তাই চার্জিং এবং চার্জিংয়ের নকশা একটি যুগান্তকারী পয়েন্ট হয়ে উঠেছে। ছবি ঠিক আছে চার্জিং কম্পার্টমেন্টে একটু নতুনত্ব এসেছে, একটি দুই রঙের ইনজেকশন ছাঁচনির্মাণ প্রক্রিয়া, একটি অন্ধকার এবং স্বচ্ছ চেহারা এবং অভ্যন্তরীণ টেক্সচার ডিজাইন এবং পাওয়ার ডিসপ্লে সহ, একটি উচ্চ-মানের, উচ্চ-প্রযুক্তিগত অনুভূতি তৈরি করেছে!
TWS হেডফোনের সাতটি ডিজাইনের চ্যালেঞ্জ কীভাবে কাটিয়ে উঠবেন?
পাওয়ার লস কম করা থেকে স্ট্যান্ডবাই টাইম বাড়ানো পর্যন্ত TWS হেডফোন ডিজাইনের কিছু কঠিন চ্যালেঞ্জ সমাধানে সাহায্য করার জন্য এখানে কিছু টিপস রয়েছে।
2016 সালে Apple AirPods প্রকাশের পর থেকে, সত্যিকারের বেতার স্টেরিও (TWS) বাজার বার্ষিক 50 শতাংশের বেশি বৃদ্ধি পেয়েছে। এই জনপ্রিয় ওয়্যারলেস ইয়ারফোনগুলির নির্মাতারা তাদের পণ্যগুলিকে আলাদা করার জন্য দ্রুত আরও বৈশিষ্ট্যগুলি (শব্দ বাতিলকরণ, ঘুম এবং স্বাস্থ্য পর্যবেক্ষণ) যুক্ত করছে, তবে এই সমস্ত বৈশিষ্ট্যগুলি যোগ করা ডিজাইন ইঞ্জিনিয়ারিং দৃষ্টিকোণ থেকে কঠিন হতে পারে। এই নিবন্ধে, আমি এই চ্যালেঞ্জগুলি পর্যালোচনা করব।
চ্যালেঞ্জ 1: দক্ষ চার্জিংয়ের মাধ্যমে পাওয়ার লস কমিয়ে আনুন
ওয়্যারলেস ইয়ারফোনগুলির সাথে একটি বড় চ্যালেঞ্জ হল ব্যাটারি কম্পার্টমেন্টের ইয়ারবাডগুলি সম্পূর্ণরূপে চার্জ করা হলে একটি দীর্ঘ মোট প্লেব্যাক সময় অর্জন করা। এই ক্ষেত্রে, একটি দীর্ঘ মোট খেলার সময় একটি কেস তাদের সমগ্র জীবনকাল ধরে ইয়ারবাডগুলিকে চার্জ করতে পারে এমন চক্রের সংখ্যাকে অনুবাদ করে৷ লক্ষ্য হল চার্জিং কেস থেকে ইয়ারবাডগুলিতে পাওয়ার খরচ কমানোর সময় দক্ষ চার্জিং সক্ষম করা।
চার্জিং কেস ইয়ারবাডগুলি চার্জ করার জন্য একটি ইনপুট হিসাবে ব্যাটারি থেকে একটি ভোল্টেজ বের করে। সাধারণ সমাধান হল একটি স্থির 5V আউটপুট সহ একটি বুস্ট কনভার্টার, যা একটি সহজ সমাধান কিন্তু চার্জিং দক্ষতা অপ্টিমাইজ করে না। ইয়ারবাডের ব্যাটারি খুব ছোট হওয়ায় ডিজাইনাররা প্রায়ই লিনিয়ার চার্জার ব্যবহার করেন। একটি স্থির 5V ইনপুট ব্যবহার করার সময়, চার্জিং দক্ষতা খুব কম - প্রায় (- 5 ব্যাটে V) / 5 ইঞ্চি - এবং ব্যাটারিতে একটি বড় ভোল্টেজ ড্রপ তৈরি করে৷ গড়ে 3.6V Li-Ion ব্যাটারি ভোল্টেজ (অর্ধ-ডিসচার্জ) প্লাগ ইন করুন এবং 5V ইনপুট মাত্র 72 শতাংশ কার্যকর।
বিপরীতভাবে, চার্জিং কেসে অ্যাডজাস্টেবল-আউটপুট বুস্ট বা বক-বুস্ট কনভার্টার ব্যবহার করলে ইয়ারবাডের সাধারণ ভোল্টেজ রেঞ্জ থেকে সামান্য বেশি ভোল্টেজ তৈরি হয়। এর জন্য চার্জিং কেস থেকে ইয়ারবাডগুলিতে যোগাযোগের প্রয়োজন, যা চার্জিং কেসের আউটপুট ভোল্টেজকে গতিশীলভাবে ইয়ারবাডের ব্যাটারির সাথে ভোল্টেজ বাড়ার সাথে সামঞ্জস্য করতে দেয়। এটি ক্ষয়ক্ষতি কমিয়ে দেবে, চার্জিং দক্ষতা বাড়াবে এবং তাপ উল্লেখযোগ্যভাবে কমিয়ে দেবে।
চ্যালেঞ্জ 2: কার্যকারিতা অপসারণ না করে সামগ্রিক সমাধানটি স্কেল করুন
দ্বিতীয় চ্যালেঞ্জটি হল ছোট ব্যাটারি ডিজাইনের সাধারণ চ্যালেঞ্জ - কিভাবে একটি ব্যাটারি ডিজাইন করা যায় যেটি আকারে ছোট এবং ফাংশনে বড়। এখানে সহজ সমাধান হল আরও সমন্বিত উপাদান সহ একটি ডিভাইস বেছে নেওয়া। যেমন:
একটি উচ্চ-পারফরম্যান্স লিনিয়ার চার্জার যা মূল সিস্টেম ব্লককে পাওয়ার জন্য অতিরিক্ত পাওয়ার রেলকে সংহত করে এবং বেতার হেডফোনগুলির জন্য একটি ভাল পছন্দ।
পাওয়ার-হাংরি, কম-ভোল্টেজ মডিউল যেমন প্রসেসর এবং ওয়্যারলেস কমিউনিকেশন মডিউলগুলির জন্য, সোয়াপ রেলগুলি দক্ষতার জন্য সেরা পছন্দ।
সেন্সর ব্লকগুলির জন্য যেগুলির জন্য খুব বেশি শক্তির প্রয়োজন হয় না কিন্তু কম শব্দের প্রয়োজন হয়, একটি কম ড্রপআউট নিয়ন্ত্রক ব্যবহার করার কথা বিবেচনা করুন।
যদি আপনার ওয়্যারলেস হেডফোনগুলি রক্তের অক্সিজেন এবং হার্ট রেট পরিমাপ করতে অ্যানালগ ফ্রন্ট-এন্ড সেন্সরগুলিকে একীভূত করে, তাহলে আপনার একটি বুস্ট কনভার্টারেরও প্রয়োজন হতে পারে।
চার্জারটির ফর্ম ফ্যাক্টরকে ছোট করার জন্য অতিরিক্ত পাওয়ার রেলগুলিকে এতে একীভূত করুন৷ যাইহোক, ছোট আকারের জন্য আরও একীভূত করা এবং নমনীয়তার জন্য আরও বিযুক্ত ইন্টিগ্রেটেড সার্কিট (ICs) ব্যবহার করার মধ্যে সর্বদা একটি বাণিজ্য বন্ধ রয়েছে।
চ্যালেঞ্জ 3: স্ট্যান্ডবাই সময় বাড়ান
স্ট্যান্ডবাই টাইম গুরুত্বপূর্ণ কারণ গ্রাহকরা আশা করেন যে চার্জিং কেসের বাইরে দীর্ঘ সময়ের নিষ্ক্রিয়তার পরেও হেডফোনগুলি সঙ্গীত বাজবে৷ ইয়ারবাডে উচ্চ-শক্তি-ঘনত্বের লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি ব্যবহার করার কথা বিবেচনা করুন, যেগুলির সাধারণত উচ্চ ভোল্টেজ থাকে, যেমন 4.35 ভোল্ট এবং 4.4 ভোল্ট, যাতে আরও শক্তি সঞ্চয় করা যায়। একটি সম্পূর্ণ চার্জ স্ট্যান্ডবাই সময় বাড়ায়। একটি ছোট টার্মিনেশন কারেন্ট এবং উচ্চ নির্ভুলতা সমন্বিত একটি ব্যাটারি চার্জার স্ট্যান্ডবাই সময় বাড়াতে সাহায্য করবে। যদি টার্মিনেশন কারেন্ট স্পেসিফিকেশনে বড় পরিবর্তন হয়, তাহলে আপনি উচ্চতর টার্মিনেশন কারেন্টের সাথে শেষ হতে পারেন, যা অকাল সমাপ্তি এবং কম ব্যাটারি হতে পারে।
একটি 41mAh ব্যাটারি 1mAh বনাম 4mAh এ শেষ হয়েছে৷ যদি নামমাত্র 1mA টার্মিনেশন কারেন্ট ব্যাপকভাবে পরিবর্তিত হয় এবং প্রকৃতপক্ষে 4mA-এ শেষ হয়, তাহলে 2mAh ব্যাটারির ক্ষমতা অপ্রয়োজনীয় থাকবে। নিম্ন সমাপ্তি বর্তমান এবং উচ্চ নির্ভুলতা কার্যকর ব্যাটারির ক্ষমতা বাড়ায়।
বিভিন্ন অপারেটিং মোডে স্ট্যান্ডবাই টাইম দীর্ঘায়িত করার জন্য নিম্ন শান্ত কারেন্ট (আইকিউ) গুরুত্বপূর্ণ। পাওয়ার পাথ এবং কাছাকাছি-শূন্য শিপ মোড কারেন্ট সহ একটি চার্জার আইসি পণ্যটি গ্রাহকের কাছে পৌঁছানোর আগে ব্যাটারি নিষ্কাশন হতে বাধা দেবে, তাৎক্ষণিক ব্যবহার সক্ষম করে। পাওয়ার পাথের জন্য যথাক্রমে সিস্টেম এবং ব্যাটারি পাথগুলি পরিচালনা করার জন্য ব্যাটারি এবং সিস্টেমের মধ্যে মেটাল-অক্সাইড-সেমিকন্ডাক্টর ফিল্ড-ইফেক্ট ট্রানজিস্টর স্থাপন করা প্রয়োজন।
যখন ইয়ারবাডগুলি মিউজিক বা অলসভাবে বাজায়, তখন সিস্টেমের বর্তমান খরচ যতটা সম্ভব কম হওয়া দরকার। কম দিয়ে একটি চার্জার খোঁজা আমি সিস্টেমের I কমিয়ে দেই। উদাহরণস্বরূপ, ব্যাটারি চার্জারগুলির ব্যাটারি তাপমাত্রা পরিমাপ করার জন্য প্রায়ই একটি নেতিবাচক তাপমাত্রা সহগ (NTC) প্রতিরোধক নেটওয়ার্কের প্রয়োজন হয়।
বাজারে কিছু সমাধান ব্যাটারি মোডে কাজ করার সময় NTC কারেন্ট বন্ধ করতে পারে না। তারা হয় খুব বেশি ফুটো করে (NTC নেটওয়ার্কে 20 kΩ থাকলে ফুটো 200µ অতিক্রম করতে পারে) অথবা অতিরিক্ত I/O প্রয়োজন এবং একটি সুইচ দিয়ে এটি বন্ধ করে দেয়।
চ্যালেঞ্জ 4: নিরাপত্তা ডিজাইন
ব্যাটারি প্যাক প্রস্তুতকারকদের প্রায়ই বিভিন্ন তাপমাত্রায় ব্যাটারি চার্জ করার জন্য নির্দেশিকা থাকে এবং ব্যাটারিগুলিকে ব্যবহারের সময় এই নিরাপদ অপারেটিং এলাকায় থাকতে হবে। কিছুর জন্য একটি স্ট্যান্ডার্ড প্রোফাইল প্রয়োজন যেখানে চার্জিং গরম এবং ঠান্ডা তাপমাত্রার সীমানার বাইরে বন্ধ হয়ে যায়। উদাহরণস্বরূপ, অন্যান্য কোম্পানির জাপান ইলেকট্রনিক্স এবং তথ্য প্রযুক্তি সমিতি থেকে নির্দিষ্ট তথ্যের প্রয়োজন হতে পারে। এই তাপমাত্রার প্রোফাইলগুলি মেনে চলতে, প্রয়োজনীয় অন্তর্নির্মিত বা কিছু I twoC প্রোগ্রামেবিলিটি সহ একটি প্রোফাইল সন্ধান করুন। BQ21061 এবং BQ25155-এ তাপমাত্রা উইন্ডো সেট করার জন্য রেজিস্টার রয়েছে এবং একটি নির্দিষ্ট তাপমাত্রা সীমার মধ্যে গৃহীত পদক্ষেপগুলি রয়েছে৷
ব্যাটারি আন্ডারভোল্টেজ লকআউট (UVLO) হল আরেকটি নিরাপত্তা বৈশিষ্ট্য যা ব্যাটারিকে অতিরিক্ত ডিসচার্জ হওয়া থেকে বাধা দেয় এবং এইভাবে চাপ দেয়। একবার ব্যাটারির ভোল্টেজ একটি নির্দিষ্ট থ্রেশহোল্ডের নিচে নেমে গেলে, UVLO স্রাবের পথটি কেটে দেয়। উদাহরণস্বরূপ, 4.2V এ চার্জ করা একটি Li-Ion ব্যাটারির জন্য, একটি সাধারণ কাটঅফ থ্রেশহোল্ড হল 2.8V থেকে 3V।
চ্যালেঞ্জ 5: সিস্টেম নির্ভরযোগ্যতা নিশ্চিত করা
কম সিস্টেম নির্ভরযোগ্যতার কারণে কিছু মাইক্রোপ্রসেসর আটকে যায় যখন ব্যবহারকারী অ্যাডাপ্টারে প্লাগ করেন। যদিও এটি বিরল, এটির জন্য একটি সিস্টেম পাওয়ার রিসেট প্রয়োজন যাতে মাইক্রোপ্রসেসর পুনরায় চালু হতে পারে এবং স্বাভাবিক অবস্থায় ফিরে আসতে পারে। কিছু ব্যাটারি চার্জার হার্ডওয়্যার রিসেট ওয়াচডগ টাইমারকে একীভূত করে যা একটি হার্ডওয়্যার রিসেট বা পাওয়ার চক্র (যদি না হয়) ব্যবহারকারীর দ্বারা অ্যাডাপ্টার প্লাগ ইন করার পরে দুটি C লেনদেন সনাক্ত করা হয়। একটি সিস্টেম রিসেট করার পরে, পাওয়ার পাথটি সংযোগ বিচ্ছিন্ন হয় এবং ব্যাটারি এবং সিস্টেমের সাথে পুনরায় সংযোগ করা হয়।
হার্ডওয়্যার রিসেট ওয়াচডগ টাইমারের মতো, প্রথাগত সফ্টওয়্যার ওয়াচডগ টাইমারটিও চার্জার রেজিস্টারকে তার ডিফল্ট মূল্যে রিসেট করার মাধ্যমে সিস্টেমের নির্ভরযোগ্যতা উন্নত করতে সাহায্য করে দুই সি-তে কোনো লেনদেন না হওয়ার পর। মাইক্রোপ্রসেসর ত্রুটিপূর্ণ অবস্থায় থাকলে এই রিসেটটি ব্যাটারিটিকে ভুলভাবে চার্জ করা থেকে বাধা দেয়।
চ্যালেঞ্জ 6: সর্বোত্তম অপারেটিং এলাকা নিরীক্ষণ করুন
ষষ্ঠ চ্যালেঞ্জ হল সিস্টেম প্যারামিটারগুলি নিরীক্ষণ করা, যা একটি অন্তর্নির্মিত উচ্চ-নির্ভুল এনালগ-টু-ডিজিটাল রূপান্তরকারী (ADC) দ্বারা দক্ষতার সাথে অর্জন করা যেতে পারে। ব্যাটারি ভোল্টেজ পরিমাপ করা একটি ভাল প্যারামিটার কারণ এটি একটি সুবিধাজনক, যদিও আনুমানিক, ব্যাটারির চার্জ অবস্থার প্রতিনিধিত্ব করে। একটি নিয়ম হিসাবে, যদি ওয়্যারলেস হেডসেটের চার্জের অবস্থা ±5 শতাংশের বেশি হয়।
উচ্চ-নির্ভুলতা বিল্ট-ইন ADC আপনাকে চার্জিং এবং ডিসচার্জ করার সময় ব্যাটারি এবং বোর্ডের তাপমাত্রার উপর নজরদারি এবং পদক্ষেপ নিতে দেয়। চার্জার যে সকল পরামিতি নিরীক্ষণ করতে পারে তার মধ্যে রয়েছে ইনপুট ভোল্টেজ/কারেন্ট, চার্জিং ভোল্টেজ/কারেন্ট এবং সিস্টেম ভোল্টেজ। অন্তর্নির্মিত তুলনাকারীও সুবিধাজনকভাবে নির্দিষ্ট পরামিতি নিরীক্ষণ করতে এবং হোস্টে বাধা পাঠাতে সহায়তা করে। যদি প্যারামিটারটি স্বাভাবিক সীমার মধ্যে থাকে এবং তুলনাকারী ট্রিগার না হয়, হোস্টকে ক্রমাগত আগ্রহের প্যারামিটার পড়তে হবে না। BQ25155 সিস্টেম প্যারামিটারগুলি নিরীক্ষণ করার একটি ভাল উদাহরণ কারণ এটিতে একটি ADC এবং তুলনাকারী রয়েছে৷
চ্যালেঞ্জ 7: ওয়্যারলেস সংযোগ সরলীকরণ করুন
কিছু ওয়্যারলেস ইয়ারফোনের একটি বৈশিষ্ট্য রয়েছে যা ইয়ারফোনের চার্জিং অবস্থা এবং স্মার্টফোনে চার্জিং কেস প্রদর্শন করে যখন ইয়ারফোনগুলি চার্জিং কেসে থাকে এবং ঢাকনা খোলা থাকে। এটি সমর্থন করার জন্য, ব্যাটারি শেষ হয়ে গেলেও ইয়ারফোনগুলি কেসে প্লাগ ইন করার সাথে সাথে চার্জের অবস্থার রিপোর্ট করতে হবে। চার্জিং অবস্থার রিপোর্ট করার জন্য প্রধান চিপটি অবশ্যই জেগে থাকতে হবে, তাই এই ক্ষেত্রে, বাহ্যিক শক্তির উত্সটি ইয়ারবাডগুলিকে পাওয়ার করতে হবে৷ পাওয়ার পাথ সহ একটি চার্জার কম ভোল্টেজে ব্যাটারি চার্জ করার সময় সিস্টেমটিকে VBU থেকে উচ্চ ভোল্টেজ পেতে সক্ষম করে।
ওয়্যারলেস হেডফোন চার্জারের বেশ কিছু বৈশিষ্ট্য (যেমন শিপ মোড, সিস্টেম পাওয়ার রিসেট, ব্যাটারি ইউভিএলও, সঠিক টার্মিনাল কারেন্ট, এবং তাৎক্ষণিক চার্জ স্ট্যাটাস রিপোর্টিং) পাওয়ার পাথ ক্ষমতা ছাড়া সম্ভব নয়, যার জন্য ব্যাটারি এবং সিস্টেম উভয়ই একটি MOSFET স্থাপন করা প্রয়োজন। সিস্টেম এবং ব্যাটারি পাথগুলিকে আলাদাভাবে পরিচালনা করার জন্য। চিত্র 5 একটি পাওয়ার পাথ সহ এবং ছাড়া চার্জারকে চিত্রিত করে।
ব্যাটারির আকার এবং চার্জের হারের উপর নির্ভর করে চার্জিং কেস ডিজাইনে সুইচিং এবং লিনিয়ার চার্জারগুলি দেখা যায়। সুইচিং চার্জারগুলি আরও দক্ষ এবং কম তাপ উৎপন্ন করে, যা 700mA এবং তার উপরে উচ্চ স্রোতের জন্য গুরুত্বপূর্ণ। স্যুইচিং চার্জারগুলি সাধারণত একটি সমন্বিত বুস্ট বা ফলো ফাংশনের সাথে আসে যা ব্যাটারির ভোল্টেজ বাড়ায় এবং ইয়ারবাডগুলি চার্জ করার জন্য ইনপুট ভোল্টেজ সরবরাহ করে। লিনিয়ার চার্জারগুলি নিম্ন বর্তমান স্তরের ব্যাটারি বক্সগুলির জন্য একটি ভাল পছন্দ কারণ তারা কম খরচে এবং কম আইকিউ অফার করে।
রিচার্জেবল হিয়ারিং এইড একই ধরনের ডিজাইন চ্যালেঞ্জ উপস্থাপন করে। এগুলি সাধারণত ইয়ারবাডের চেয়ে ছোট হয় যাতে সেগুলি অদৃশ্য থাকে এবং তাই একটি ছোট এলাকায় আরও পাওয়ার ইন্টিগ্রেশন প্রয়োজন৷ উচ্চতর অডিও স্পষ্টতার জন্য তাদের একটি সুইচড ক্যাপাসিটর টপোলজি সহ কম-শব্দ পাওয়ার রেলেরও প্রয়োজন।