告別耳機插孔，迎接無(wú)線(xiàn)耳塞

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

摘要：本文介紹了無(wú)線(xiàn)音頻市場(chǎng)的發(fā)展及未來(lái)趨勢，以及安森美的LC823450系列音頻處理器各項性能和開(kāi)發(fā)優(yōu)勢。

引言

　　現代生活中，似乎所有東西都是無(wú)線(xiàn)連接的，如數據通信、移動(dòng)設備充電及音頻等。無(wú)線(xiàn)音頻市場(chǎng)正蓬勃發(fā)展，但是，當你在飛機、火車(chē)，甚至在大街上環(huán)顧四周時(shí)，卻發(fā)現耳機或耳塞這種最簡(jiǎn)單器件，仍然主要通過(guò)電纜連接。

　　但是，據最新消息，一家主要智能手機生產(chǎn)商的最新產(chǎn)品已經(jīng)拋棄了歷史久遠的3.5mm耳機插孔，事情可能將發(fā)生變化。這是大膽但符合邏輯的行動(dòng)，是因為廠(chǎng)商已經(jīng)認識到現在的技術(shù)已經(jīng)達到采用無(wú)線(xiàn)耳塞也能夠在可行的尺寸內提供所需的音頻性能和功能，以支持音樂(lè )播放和添加更多串流。此外，消除耳機插孔使得廠(chǎng)商更容易改進(jìn)智能手機和其它便攜式/可穿戴設備的防水特點(diǎn);當這些產(chǎn)品預期在任何戶(hù)外環(huán)境中使用時(shí)，防水是個(gè)重要的優(yōu)勢。無(wú)線(xiàn)連接將使得處理線(xiàn)纜纏結的煩惱成為歷史。

無(wú)線(xiàn)音頻市場(chǎng)的發(fā)展

　　在這之前，無(wú)線(xiàn)音頻市場(chǎng)生產(chǎn)商主要關(guān)注的是生產(chǎn)揚聲器系統。這是由消費者對便攜性和易安裝的愿望推動(dòng)的，在家里隱藏線(xiàn)纜而不影響裝修效果，一直是個(gè)挑戰。

　　無(wú)線(xiàn)音頻市場(chǎng)明顯在向快速增長(cháng)期演變和發(fā)展。據研究公司Marketsandmarkets預測，到2022年，該市場(chǎng)預期將達到540億美元，年均復合增長(cháng)率(CAGR)為 23.2%。未來(lái)無(wú)線(xiàn)音頻市場(chǎng)增長(cháng)的大部分與智能手機和其它便攜式設備有關(guān)，最高增長(cháng)領(lǐng)域從家庭音頻轉向便攜式消費者領(lǐng)域。實(shí)際上，這些移動(dòng)設備本身已經(jīng)成為了重要的娛樂(lè )設備。Grand View Research進(jìn)一步的研究表明，到2024年，僅耳塞和耳機市場(chǎng)將超過(guò)150億美元。報告認為，技術(shù)進(jìn)步和微型化是耳塞快速增長(cháng)的關(guān)鍵推動(dòng)力。

　　隨著(zhù)基于藍牙、用于智能手機免持應用的設備成為最流行的應用之一，無(wú)線(xiàn)聽(tīng)筒已經(jīng)在市場(chǎng)上存在了一段時(shí)間。但是，消費者變得更難滿(mǎn)足，他們希望從其移動(dòng)音頻體驗上得到更多，這些要求大多數受目前市場(chǎng)上某些提供更佳音頻質(zhì)量、具有除噪和增強低音等特點(diǎn)的高端耳機驅動(dòng)。

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

　　傳統耳機和耳塞之間的一個(gè)關(guān)鍵區別是用戶(hù)對多功能性的期待。耳機主要僅用于播放音樂(lè )，而讓人感興趣的耳塞方案通常預期將執行多種功能，包括播放、串流、WS2(無(wú)線(xiàn)同步聲音)、接聽(tīng)電話(huà)及與傳感器連接。無(wú)線(xiàn)耳塞很可能還集成聲音指令識別技術(shù)。

　　由于可用空間有限，耳塞的半導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(kāi)發(fā)和激增的最新半導體器件之一。該系統級芯片(SoC)基于雙核ARM? Cortex?-M3處理器和專(zhuān)有32位DSP內核，采用1656KB SRAM和256KB ROM。SoC內高度集成的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。

　　由于系統的核心是基于LPDSP32 DSP芯片的音頻引擎，能夠實(shí)現高分辨率音頻處理(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。音頻引擎內還內置大量專(zhuān)用音頻電路，包括低功率D級放大器、具備抖動(dòng)隱藏功能的異步采樣率轉換器(ASRC)、六段均衡器(EQ)及數據麥克風(fēng)PDM接口，LC823450音頻處理器系統框圖如圖1所示。

　　LC823450的功能性和集成度水平很高，不僅滿(mǎn)足耳塞應用的關(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AAA電池的音頻播放時(shí)間便可超過(guò)120小時(shí)，比市場(chǎng)上其它產(chǎn)品長(cháng)70%左右，如圖2所示。

　　該器件XC和XD型號的占位(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耳塞參考設計如圖3所示?？商峁┟獍娑惡兔庠S可費的高級DSP代碼庫選擇，幫助設計人員加速軟件設計和降低開(kāi)發(fā)成本;這些代碼包括除噪和可變速播放的DSP代碼。

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

　　為了節約功率，主要系統(通常是基于LC823450的系統)進(jìn)入省電模式，而R281聆聽(tīng)特定短語(yǔ)。當檢測到指令時(shí)，R281經(jīng)GPIO發(fā)送喚醒中斷，主LC823450系統負責語(yǔ)音指令的接收、解碼和采取行動(dòng)。

小結

　　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，充當無(wú)線(xiàn)耳塞市場(chǎng)的促成者。一旦可以提供高集成度、低功耗、面向應用的專(zhuān)用器件，無(wú)線(xiàn)耳塞市場(chǎng)的巨大潛力將得以成為現實(shí)。

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