MOS管在藍(lán)牙耳機(jī)的應(yīng)用技術(shù)痛點(diǎn)解析

在無線耳機(jī)市場(chǎng)爆發(fā)式增長的今天，用戶對(duì)耳機(jī)的需求早已超越“聽個(gè)響”的基礎(chǔ)功能。如音樂愛好者追求的是CD級(jí)的無損音質(zhì)，通勤一族需要耳機(jī)全天候的穩(wěn)定連接，手游玩家則看重續(xù)航和延遲。然而音頻行業(yè)的傳統(tǒng)方案始終存在三大痛點(diǎn)，一是音質(zhì)失真率難以突破、二是無損音樂續(xù)航大多低于6小時(shí)、三是環(huán)境復(fù)雜導(dǎo)致耳機(jī)容易斷連，這些痛點(diǎn)阻礙了聆聽體驗(yàn)的升級(jí)。直到MOS管在無線耳機(jī)深度應(yīng)用，這些難題才獲得系統(tǒng)性解決方案。

一、高保真音質(zhì)：從“聽個(gè)響”到“聽見細(xì)節(jié)”

傳統(tǒng)的藍(lán)牙耳機(jī)采用的雙極型晶體管BJT很依賴電流驅(qū)動(dòng)，輸入阻抗僅僅只有10³-10⁴Ω，在放大音頻信號(hào)的時(shí)候，不可避免就會(huì)產(chǎn)生電流汲取效應(yīng)，然后導(dǎo)致了音頻信號(hào)0.3%以上的失真。尤其是在高頻段的音頻響應(yīng)，傳統(tǒng)方案的上限普遍要比20kHz低，因此沒辦法還原母帶中的細(xì)微質(zhì)感，比如鐃鈸泛音、小提琴松香摩擦聲等。

MOS管的高輸入阻抗特性（典型值10⁹Ω以上）就徹底改變了這一現(xiàn)狀。電壓驅(qū)動(dòng)模式使MOS的柵極幾乎不消耗信號(hào)電流，配合著放大電路的設(shè)計(jì)，品牌耳機(jī)的失真率甚至可以降到0.08%，達(dá)到Hi-Fi級(jí)標(biāo)準(zhǔn),這之前是專業(yè)監(jiān)聽設(shè)備才能達(dá)到的。如合科泰的HKTG50N03采用低柵極電荷設(shè)計(jì)，開關(guān)速度提升至納秒級(jí)，有效降低音頻信號(hào)傳輸過程中的失真率。

更重要的是，MOS管的寬頻帶特性把耳機(jī)的高頻響應(yīng)特性拓寬到了40kHz，不僅可以完整地覆蓋人耳聽覺范圍，更是從硬件上支撐了/aptXLossless等無損編碼格式，讓人哪怕在嘈雜的地鐵環(huán)境，也可以聽到錄音室內(nèi)的細(xì)節(jié)。

二、長續(xù)航體驗(yàn)：從“頻繁充電”到“從容續(xù)航”

傳統(tǒng)的耳機(jī)方案續(xù)無法滿足全天使用，尤其是聽無損音頻的時(shí)候，往往不到六小時(shí)就要充電了。核心的原因在于雙極型晶體管BJT，它的電流驅(qū)動(dòng)特性會(huì)導(dǎo)致電路靜態(tài)功耗太高，在待機(jī)的情況下，多達(dá)數(shù)十mA的漏電流會(huì)很快地消耗耳機(jī)電量。

MOS管具有低功耗的優(yōu)勢(shì)。MOS的電壓控制機(jī)制讓柵極驅(qū)動(dòng)電流，可以低到納安級(jí)，導(dǎo)通電阻RDS(on)還可以達(dá)到50mΩ以下，這樣可以很大程度降低功放電路的能量損耗。如HKTD80N06型號(hào)，8mΩ導(dǎo)通電阻較同類產(chǎn)品降低30%，在藍(lán)牙模塊電源管理電路中，可將電能轉(zhuǎn)換效率提升至93%以上，配合寬溫特性，在-15℃低溫環(huán)境下仍能保持穩(wěn)定供電，延長耳機(jī)續(xù)航至48小時(shí)。

搭載合科泰高性能MOS管的耳機(jī)，在播放FLAC無損音樂的時(shí)候，續(xù)航可以達(dá)到12小時(shí)，再搭配500mAh充電盒，總續(xù)航甚至可以達(dá)到48小時(shí)。而待機(jī)功耗通過優(yōu)化柵極絕緣層設(shè)計(jì)的方式，待機(jī)電流降低到0.1mA，只需要120mAh的電池，就可以支撐50天超長待機(jī)時(shí)間。

三、穩(wěn)定連接：從“信號(hào)斷續(xù)”到“無縫傳輸”

在地鐵、商圈環(huán)境耳機(jī)容易受干擾，從而出現(xiàn)斷連、卡頓的原因，是雙極型晶體管BJT的PN結(jié)，很容易受到電磁噪聲影響，這會(huì)導(dǎo)致射頻鏈路里信噪比下降。通過測(cè)試的數(shù)據(jù)，如果2.4GHz頻段干擾強(qiáng)度超過-60dBm的話，傳統(tǒng)方案耳機(jī)下，音頻的丟包率達(dá)到5%以上。

MOS管的絕緣柵結(jié)構(gòu)天然具備抗電磁干擾優(yōu)勢(shì)，配合EMC優(yōu)化工藝，可將射頻噪聲抑制能力提升30%。一些品牌耳機(jī)測(cè)試，就是在100mT的工頻磁場(chǎng)，和20dBm一樣同頻的干擾環(huán)境，還是能夠保持小于0.1%的丟包率，同時(shí)延遲的波動(dòng)控制在5ms內(nèi)。如HKTQ80N03有著5.2mΩ 超低內(nèi)阻與快速開關(guān)特性，可精準(zhǔn)控制藍(lán)牙信號(hào)調(diào)制電路的高頻開關(guān)，減少信號(hào)延遲。這樣的穩(wěn)定表現(xiàn)，是由于MOS管對(duì)柵極寄生電容的精準(zhǔn)控制。再加上藍(lán)牙5.3協(xié)議，可以自適應(yīng)跳頻的技術(shù)，就可以給用戶一個(gè)全天鏈接的體驗(yàn)，堪稱“地鐵通勤神器”了。

結(jié)語：開啟音頻電子的“MOS時(shí)代”

隨著無線藍(lán)牙耳機(jī)向高端化和場(chǎng)景化發(fā)展，MOS管的重要性也愈發(fā)凸顯。作為國內(nèi)電子元器件專業(yè)制造商，合科泰持續(xù)在超薄封裝MOS管、低噪聲射頻MOS管、高壓快充MOS管等技術(shù)領(lǐng)域探索，其中HKT系列MOS管已在多個(gè)耳機(jī)品牌中批量應(yīng)用，助力客戶達(dá)成音質(zhì)、續(xù)航、穩(wěn)定性的三重突破。合科泰將始終以“器件創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)場(chǎng)景升級(jí)”為理念，深耕音頻電子領(lǐng)域。