告別耳機(jī)插孔，迎接無線耳塞

作者/ Kenichi Kiyozaki 安森美半導(dǎo)體產(chǎn)品經(jīng)理

摘要：本文介紹了無線音頻市場(chǎng)的發(fā)展及未來趨勢(shì)，以及安森美的LC823450系列音頻處理器各項(xiàng)性能和開發(fā)優(yōu)勢(shì)。

引言

　　現(xiàn)代生活中，似乎所有東西都是無線連接的，如數(shù)據(jù)通信、移動(dòng)設(shè)備充電及音頻等。無線音頻市場(chǎng)正蓬勃發(fā)展，但是，當(dāng)你在飛機(jī)、火車，甚至在大街上環(huán)顧四周時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)耳機(jī)或耳塞這種最簡(jiǎn)單器件，仍然主要通過電纜連接。

　　但是，據(jù)最新消息，一家主要智能手機(jī)生產(chǎn)商的最新產(chǎn)品已經(jīng)拋棄了歷史久遠(yuǎn)的3.5mm耳機(jī)插孔，事情可能將發(fā)生變化。這是大膽但符合邏輯的行動(dòng)，是因?yàn)閺S商已經(jīng)認(rèn)識(shí)到現(xiàn)在的技術(shù)已經(jīng)達(dá)到采用無線耳塞也能夠在可行的尺寸內(nèi)提供所需的音頻性能和功能，以支持音樂播放和添加更多串流。此外，消除耳機(jī)插孔使得廠商更容易改進(jìn)智能手機(jī)和其它便攜式/可穿戴設(shè)備的防水特點(diǎn);當(dāng)這些產(chǎn)品預(yù)期在任何戶外環(huán)境中使用時(shí)，防水是個(gè)重要的優(yōu)勢(shì)。無線連接將使得處理線纜纏結(jié)的煩惱成為歷史。

無線音頻市場(chǎng)的發(fā)展

　　在這之前，無線音頻市場(chǎng)生產(chǎn)商主要關(guān)注的是生產(chǎn)揚(yáng)聲器系統(tǒng)。這是由消費(fèi)者對(duì)便攜性和易安裝的愿望推動(dòng)的，在家里隱藏線纜而不影響裝修效果，一直是個(gè)挑戰(zhàn)。

　　無線音頻市場(chǎng)明顯在向快速增長(zhǎng)期演變和發(fā)展。據(jù)研究公司Marketsandmarkets預(yù)測(cè)，到2022年，該市場(chǎng)預(yù)期將達(dá)到540億美元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率(CAGR)為 23.2%。未來無線音頻市場(chǎng)增長(zhǎng)的大部分與智能手機(jī)和其它便攜式設(shè)備有關(guān)，最高增長(zhǎng)領(lǐng)域從家庭音頻轉(zhuǎn)向便攜式消費(fèi)者領(lǐng)域。實(shí)際上，這些移動(dòng)設(shè)備本身已經(jīng)成為了重要的娛樂設(shè)備。Grand View Research進(jìn)一步的研究表明，到2024年，僅耳塞和耳機(jī)市場(chǎng)將超過150億美元。報(bào)告認(rèn)為，技術(shù)進(jìn)步和微型化是耳塞快速增長(zhǎng)的關(guān)鍵推動(dòng)力。

　　隨著基于藍(lán)牙、用于智能手機(jī)免持應(yīng)用的設(shè)備成為最流行的應(yīng)用之一，無線聽筒已經(jīng)在市場(chǎng)上存在了一段時(shí)間。但是，消費(fèi)者變得更難滿足，他們希望從其移動(dòng)音頻體驗(yàn)上得到更多，這些要求大多數(shù)受目前市場(chǎng)上某些提供更佳音頻質(zhì)量、具有除噪和增強(qiáng)低音等特點(diǎn)的高端耳機(jī)驅(qū)動(dòng)。

　　因此，與目前的許多可穿戴設(shè)備一樣，設(shè)計(jì)和推出讓人感興趣的耳塞是非常顯著的挑戰(zhàn)。一方面，消費(fèi)者正在尋求使用時(shí)間長(zhǎng)的超小設(shè)備，這意味著能效和低功耗運(yùn)行是關(guān)鍵。但是，另一方面，他們想要擁有重低音和除噪等特點(diǎn)的設(shè)備，這在某種程度上可能相沖突。除噪帶來了另一方面的復(fù)雜性，要實(shí)現(xiàn)這一功能需要包括麥克風(fēng)和額外電路增加體積，而且對(duì)電池的要求更高。

　　傳統(tǒng)耳機(jī)和耳塞之間的一個(gè)關(guān)鍵區(qū)別是用戶對(duì)多功能性的期待。耳機(jī)主要僅用于播放音樂，而讓人感興趣的耳塞方案通常預(yù)期將執(zhí)行多種功能，包括播放、串流、WS2(無線同步聲音)、接聽電話及與傳感器連接。無線耳塞很可能還集成聲音指令識(shí)別技術(shù)。

　　由于可用空間有限，耳塞的半導(dǎo)體方案必須是低功率、高集成。它們還必須提供優(yōu)異的處理功率和音頻性能，以及其它特點(diǎn)，以支持多功能性。

安森美的LC823450系列音頻處理器

　　安森美半導(dǎo)體的LC823450系列超低功耗高分辨率音頻處理器是市場(chǎng)上支持耳塞開發(fā)和激增的最新半導(dǎo)體器件之一。該系統(tǒng)級(jí)芯片(SoC)基于雙核ARM? Cortex?-M3處理器和專有32位DSP內(nèi)核，采用1656KB SRAM和256KB ROM。SoC內(nèi)高度集成的MCU共包括6個(gè)10位ADC、一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘和三個(gè)eMMC/SD接口。

　　由于系統(tǒng)的核心是基于LPDSP32 DSP芯片的音頻引擎，能夠?qū)崿F(xiàn)高分辨率音頻處理(32位和192 kHz)。它帶有一個(gè)MP3編碼器及MP3、WMA和AAC格式解碼器。音頻引擎內(nèi)還內(nèi)置大量專用音頻電路，包括低功率D級(jí)放大器、具備抖動(dòng)隱藏功能的異步采樣率轉(zhuǎn)換器(ASRC)、六段均衡器(EQ)及數(shù)據(jù)麥克風(fēng)PDM接口，LC823450音頻處理器系統(tǒng)框圖如圖1所示。

　　LC823450的功能性和集成度水平很高，不僅滿足耳塞應(yīng)用的關(guān)鍵要求，而且其功率要求仍然保持很低，通常每兆赫工作速度僅消耗110微瓦。因此，采用兩節(jié)AAA電池的音頻播放時(shí)間便可超過120小時(shí)，比市場(chǎng)上其它產(chǎn)品長(zhǎng)70%左右，如圖2所示。

　　該器件XC和XD型號(hào)的占位(僅5.52mm x 5.33mm)比替代方案小很多，特別是考慮到一些其它方案不提供板上SDRAM，LC823450耳塞參考設(shè)計(jì)如圖3所示。可提供免版稅和免許可費(fèi)的高級(jí)DSP代碼庫選擇，幫助設(shè)計(jì)人員加速軟件設(shè)計(jì)和降低開發(fā)成本;這些代碼包括除噪和可變速播放的DSP代碼。

　　僅數(shù)量有限的高端應(yīng)用需要更多功能，所以許多支持器件完善了安森美半導(dǎo)體便攜式音頻應(yīng)用陣容。其中一個(gè)實(shí)例是“一直聽”BelaSigna? R281。該器件將檢測(cè)單一的、經(jīng)用戶培訓(xùn)的觸發(fā)短語，檢測(cè)到之后便會(huì)發(fā)出喚醒信號(hào)，如圖4所示。這種極低功耗器件用于響應(yīng)語音指令的設(shè)備。

　　為了節(jié)約功率，主要系統(tǒng)(通常是基于LC823450的系統(tǒng))進(jìn)入省電模式，而R281聆聽特定短語。當(dāng)檢測(cè)到指令時(shí)，R281經(jīng)GPIO發(fā)送喚醒中斷，主LC823450系統(tǒng)負(fù)責(zé)語音指令的接收、解碼和采取行動(dòng)。

小結(jié)

　　顯然，與許多市場(chǎng)一樣，合適技術(shù)的面世將成為關(guān)鍵推動(dòng)力，充當(dāng)無線耳塞市場(chǎng)的促成者。一旦可以提供高集成度、低功耗、面向應(yīng)用的專用器件，無線耳塞市場(chǎng)的巨大潛力將得以成為現(xiàn)實(shí)。

本文來源于《電子產(chǎn)品世界》2017年第1期第74頁，歡迎您寫論文時(shí)引用，并注明出處。