Warum laden TWS-Ohrhörer (True Wireless Stereo) bei der Prüfung eines Sets möglicherweise nicht, obwohl sie in ihren Aufnahmen eingerastet sind und der Deckel fest geschlossen ist? Um das zu verstehen, muss man genauer betrachten, wie das Ladecase die Deckelposition erkennt, wie die Ladekontakte verbunden werden und wie die Energie die Akkus der Ohrhörer erreicht.
In einem Ladecase mit Hall-Erkennung liefern Magnete und ein Hall-Sensor der Schaltung Informationen über den Deckelzustand. Federkontakte verbinden den Stromausgang des Ladecases mit den Ohrhörern, während die Lademanagementschaltung das Laden der Akkus steuert. Das Zusammenspiel dieser Bauteile erklärt, warum ein fester Sitz, ein geschlossener Deckel und tatsächliches Laden unterschiedliche Ergebnisse liefern können.
Wie wird die Deckelposition zu einem elektrischen Signal?
Ein Hall-Sensor erkennt ein Magnetfeld. Bei einer verbreiteten Anordnung zur Deckelerkennung sitzt ein Magnet im Deckel, während der Sensor im Gehäuse des Ladecases befestigt ist. Beim Schwenken des Deckels bewegt sich der Magnet relativ zum Sensor und verändert dadurch das Magnetfeld am Sensor.
Betrachten wir die unten gezeigte Anordnung, bei der sich der Magnet beim Schließen des Deckels dem Sensor nähert. Ein digitaler Hall-Schalter ändert den Logikpegel seines Ausgangs, sobald das Magnetfeld in seiner Erfassungsrichtung die Einschaltschwelle erreicht. Wird der Deckel geöffnet und entfernt sich der Magnet, fällt das Feld bis zur Rückschaltschwelle ab; der Ausgang kehrt in seinen vorherigen Zustand zurück. Je nach Auslegung liest die Steuerschaltung diese beiden Logikpegel aus, um einen offenen oder geschlossenen Deckel zu erkennen. Das Ladecase kann die Deckelbewegung somit erfassen, ohne dass der Deckel einen freiliegenden mechanischen Taster betätigt.
Das Deckelzustandssignal durchläuft zunächst die Steuerlogik des Produkts, bevor es Aktionen wie das Einschalten einer Anzeige, das Aufwecken der Ohrhörer oder das Senden eines Befehls auslöst. Der Hall-Sensor selbst stellt keine Bluetooth-Verbindung her. Ob die Ohrhörer sich bereits beim Öffnen des Deckels oder erst nach der Entnahme mit dem Smartphone verbinden, hängt vom Produktdesign ab.
Auch die Einbaulage beeinflusst die Erkennung. Ein einachsiger Hall-Schalter erfasst die Magnetfeldkomponente in einer festgelegten Richtung. Manche Bausteine erfassen beispielsweise die Komponente senkrecht zur Oberseite ihres Chipgehäuses. Selbst bei gleichem Abstand zwischen Magnet und Sensor kann eine andere Ausrichtung des Magneten oder Einbaurichtung des Chips das Ergebnis verändern. Einige Varianten reagieren auf einen bestimmten Magnetpol, andere auf beide Pole. Bei der Montage müssen daher Magnetorientierung, Erfassungsrichtung des Sensors und ihre relative Position gemeinsam geprüft werden, statt einen universell gültigen Abstand festzulegen.
Deshalb müssen magnetische Haltekraft und Deckelerkennung getrennt geprüft werden. Ein zuschnappender Deckel zeigt, dass die Magnetkraft ihn geschlossen hält. Ob der Sensor korrekt schaltet, hängt dagegen davon ab, ob das Magnetfeld an seinem Einbauort die Betriebsanforderungen erfüllt.
Wie stellen die Pogo-Pins nach dem Einsetzen der Ohrhörer Kontakt her?
Die Magnete im Ladecase können auch die Ohrhörer in Position halten. Das ist eine andere Aufgabe als die Deckelerkennung. Selbst wenn dieselbe Magnetgruppe mehrere Funktionen übernimmt, muss sie die Anforderungen sowohl an die Positionierung als auch an die Erkennung erfüllen.
Wird ein Ohrhörer in seine Aufnahme eingesetzt, müssen seine metallischen Kontaktflächen auf die Ladestifte des Ladecases ausgerichtet sein. Diese Stifte werden meist Federkontakte oder Pogo-Pins genannt. Der Kontaktstift bewegt sich entlang seiner eigenen Achse in die Führungshülse hinein. Im eingefederten Zustand drückt die interne Feder ihn weiterhin gegen die Kontaktfläche des Ohrhörers, um die Verbindung aufrechtzuerhalten.
Magnetische Halterung, Form der Aufnahme und Federkraft des Pogo-Pins müssen zusammenspielen. Höhe und Ausrichtung des eingesetzten Ohrhörers bestimmen, ob seine Kontaktfläche auf den Kontaktstift trifft und wie weit dieser einfedert. Ein Ohrhörer kann scheinbar fest sitzen und dennoch keine elektrische Verbindung herstellen, wenn sein Winkel nicht stimmt. Falsch montierte Ohrpassstücke oder Halteflügel können ebenfalls verhindern, dass er vollständig in der Aufnahme sitzt.
Dass ein Pogo-Pin einfedern kann, bedeutet nicht, dass eine stärkere Kompression immer besser ist. Ein zu geringer Federweg kann den Kontakt instabil machen; ein Betrieb nahe der vollständigen Kompression kann dagegen die mechanische Lebensdauer beeinträchtigen. Herkömmliche axiale Pogo-Pins müssen beim Einsetzen des Ohrhörers außerdem vor seitlichen Kräften geschützt werden. Der Arbeitshub ist anhand der Steckverbinderspezifikation und der vollständigen Baugruppe festzulegen. Dass ein Ohrhörer in das Ladecase passt, bestätigt noch nicht die richtige Kompression seiner Kontakte.
Welchen Weg nimmt die Energie vom Akku des Ladecases zum Ohrhörer-Akku?
Sobald die Kontakte verbunden sind, muss die Energie noch die Stromversorgungs- und Lademanagementschaltungen durchlaufen.
Ist keine externe Stromquelle angeschlossen, liefert der Akku des Ladecases die Energie. Je nach Auslegung wandelt die Stromversorgungsschaltung des Ladecases diese in die vom Ohrhörer benötigte Eingangsversorgung um und überträgt sie über die Pogo-Pins und Kontaktflächen des Ohrhörers. Die Lademanagementschaltung im Ohrhörer steuert den Ladestrom und die Ladespannung für dessen Akku. Die Pogo-Pins stellen die elektrische Verbindung her; diese Steuerungsaufgaben übernehmen sie nicht.
Bei angeschlossenem Ladekabel muss zwischen dem Laden des Ladecases und dem Laden der Ohrhörer über das Ladecase unterschieden werden. Beim Laden des Ladecases sind vor allem der Eingangsanschluss, die Lademanagementschaltung des Ladecases und dessen Akku beteiligt. Zum Laden der Ohrhörer kommen der Ausgang des Ladecases, die getrennten Kontakte für den linken und rechten Ohrhörer sowie die jeweilige Lademanagementschaltung hinzu. Ein Design mit geeignetem Power-Path-Management kann die Ohrhörer über den externen Eingang versorgen und gleichzeitig den Akku des Ladecases laden. Dieser muss also nicht zuerst vollständig geladen werden. Deshalb ist die Energiemanagementschaltung im Diagramm sowohl mit dem Akku des Ladecases als auch mit dem Ausgang verbunden. Ob jeder Ohrhörer tatsächlich laden kann, hängt weiterhin von seinen eigenen Kontakten und seiner Ladeschaltung ab.
Die Kontakte können auch als Kommunikationsschnittstelle dienen. Ein Referenzdesign von Texas Instruments mit zwei Kontakten nutzt dieselbe Schnittstelle zu unterschiedlichen Zeiten zum Laden und zur Datenübertragung. Erkennt der Controller des Ladecases ein Signal für den geschlossenen Deckel, sendet er einen Befehl über die Ladekontakte. Der Ohrhörer empfängt den Befehl und antwortet. Was er anschließend tut, hängt von seinem Programm und den zwischen beiden Seiten vereinbarten Befehlen ab. Der Hall-Sensor stellt die Bluetooth-Verbindung des Ohrhörers nicht direkt her und trennt sie auch nicht direkt.
In diesem Referenzdesign ist die Schnittstelle ladebereit, wenn sie nicht kommuniziert; das Schließen des Deckels löst den Befehlsaustausch aus. Ob der Deckel geschlossen sein muss, bevor der Ladevorgang beginnt, hängt vom Produktdesign ab. Prüfen Sie bei einem Muster die Deckelzustandserkennung, die Kommunikationsantwort und den Ladezustand getrennt.
Warum laden die Ohrhörer trotz geschlossenem Deckel möglicherweise nicht?
Ist eine der oben beschriebenen Bedingungen nicht erfüllt, laden die Ohrhörer möglicherweise nicht. Ordnen Sie bei der Musterprüfung das beobachtete Verhalten den betreffenden Bauteilen zu, statt allein aufgrund des geschlossenen Deckels einen defekten Sensor anzunehmen.
| Beobachtung | Mögliche Ursache | Erste Prüfung |
|---|---|---|
| Der Ohrhörer wird festgehalten, zeigt aber keine Ladereaktion | Der Ohrhörer sitzt möglicherweise nicht vollständig in der Aufnahme, sodass seine Kontaktflächen nicht auf die Pogo-Pins ausgerichtet sind. Auch Ohrpassstücke, Halteflügel oder Schmutz im Ladecase können den vollständigen Sitz verhindern. | Prüfen Sie, ob der Ohrhörer vollständig in seiner vorgesehenen Aufnahme sitzt und ob ein Zubehörteil dies verhindert. |
| Auf den Kontakten sind Staub, Ohrenschmalz oder andere Verschmutzungen sichtbar | Verschmutzungen können die Kontaktflächen bedecken und eine zuverlässige elektrische Verbindung zwischen den Kontaktflächen des Ohrhörers und den Pogo-Pins des Ladecases verhindern. | Prüfen Sie die Kontaktflächen sowohl am Ohrhörer als auch am Ladecase, statt nur eine Seite zu kontrollieren. |
| Der Ohrhörer bleibt im Ladecase mit dem Smartphone verbunden | Bei manchen Produkten können schlechter Kontakt oder ein zu geringer Akkuladestand des Ladecases verhindern, dass sich der Ohrhörer wie vorgesehen abschaltet. Er versucht dann weiterhin, eine Verbindung herzustellen. | Prüfen Sie den Akkuladestand des Ladecases und den Sitz des Ohrhörers. Berücksichtigen Sie anschließend die Abschaltlogik dieses Modells. |
| Die Anzeige des Ladecases leuchtet | Die Anzeige kann den Akkuladestand des Ladecases, den Deckelzustand, das Koppeln oder den Ladevorgang anzeigen. | Prüfen Sie die Bedeutung der Anzeigen bei diesem Modell und unterscheiden Sie den Zustand des Ladecases vom Ladezustand des linken und rechten Ohrhörers. |
Diese Symptome geben Hinweise auf sinnvolle Prüfstellen; allein anhand des äußeren Erscheinungsbilds lässt sich noch kein Fehler feststellen. Wenn beispielsweise erneutes Einsetzen den Ladevorgang wiederherstellt, sollten Sitz und Kontakte genauer untersucht werden. Treten wiederholt Probleme in derselben Aufnahme auf, müssen die Kontaktflächen, Pogo-Pins, Ohrhörerausrichtung und der Schaltungszustand geprüft werden. Nicht jedes Problem lässt sich unmittelbar auf die magnetische Haltekraft zurückführen.
Wenn Sie ein komplettes Set aus der Kategorie True-Wireless-Earbuds bewerten, betrachten Sie Ladecase und Ohrhörer gemeinsam. Bei einem Design mit dieser Art der magnetischen Erkennung sollte die Deckelbewegung das richtige Zustandssignal erzeugen. Nach dem Einsetzen des Ohrhörers sollten seine Kontakte eine stabile Verbindung herstellen, damit Stromversorgungs- und Ladeschaltung den Akku laden können. Die getrennte Betrachtung dieser Abläufe hilft festzustellen, welche Funktion durch eine Änderung an der äußeren Gestaltung oder an der Montage tatsächlich beeinflusst wird.
