告別耳機插孔，迎接無線耳塞

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

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

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、移動設備充電及音頻等。無線音頻市場正蓬勃發(fā)展，但是，當你在飛機、火車，甚至在大街上環(huán)顧四周時，卻發(fā)現(xiàn)耳機或耳塞這種最簡單器件，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，是因為廠商已經(jīng)認識到現(xiàn)在的技術已經(jīng)達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，消除耳機插孔使得廠商更容易改進智能手機和其它便攜式/可穿戴設備的防水特點;當這些產(chǎn)品預期在任何戶外環(huán)境中使用時，防水是個重要的優(yōu)勢。無線連接將使得處理線纜纏結的煩惱成為歷史。

無線音頻市場的發(fā)展

　　在這之前，無線音頻市場生產(chǎn)商主要關注的是生產(chǎn)揚聲器系統(tǒng)。這是由消費者對便攜性和易安裝的愿望推動的，在家里隱藏線纜而不影響裝修效果，一直是個挑戰(zhàn)。

　　無線音頻市場明顯在向快速增長期演變和發(fā)展。據(jù)研究公司Marketsandmarkets預測，到2022年，該市場預期將達到540億美元，年均復合增長率(CAGR)為 23.2%。未來無線音頻市場增長的大部分與智能手機和其它便攜式設備有關，最高增長領域從家庭音頻轉向便攜式消費者領域。實際上，這些移動設備本身已經(jīng)成為了重要的娛樂設備。Grand View Research進一步的研究表明，到2024年，僅耳塞和耳機市場將超過150億美元。報告認為，技術進步和微型化是耳塞快速增長的關鍵推動力。

　　隨著基于藍牙、用于智能手機免持應用的設備成為最流行的應用之一，無線聽筒已經(jīng)在市場上存在了一段時間。但是，消費者變得更難滿足，他們希望從其移動音頻體驗上得到更多，這些要求大多數(shù)受目前市場上某些提供更佳音頻質(zhì)量、具有除噪和增強低音等特點的高端耳機驅(qū)動。

　　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的挑戰(zhàn)。一方面，消費者正在尋求使用時間長的超小設備，這意味著能效和低功耗運行是關鍵。但是，另一方面，他們想要擁有重低音和除噪等特點的設備，這在某種程度上可能相沖突。除噪帶來了另一方面的復雜性，要實現(xiàn)這一功能需要包括麥克風和額外電路增加體積，而且對電池的要求更高。

　　傳統(tǒng)耳機和耳塞之間的一個關鍵區(qū)別是用戶對多功能性的期待。耳機主要僅用于播放音樂，而讓人感興趣的耳塞方案通常預期將執(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別技術。

　　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，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上支持耳塞開發(fā)和激增的最新半導體器件之一。該系統(tǒng)級芯片(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10位ADC、一個實時時鐘和三個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級放大器、具備抖動隱藏功能的異步采樣率轉換器(ASRC)、六段均衡器(EQ)及數(shù)據(jù)麥克風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，不僅滿足耳塞應用的關鍵要求，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電池的音頻播放時間便可超過120小時，比市場上其它產(chǎn)品長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。其中一個實例是“一直聽”BelaSigna? R281。該器件將檢測單一的、經(jīng)用戶培訓的觸發(fā)短語，檢測到之后便會發(fā)出喚醒信號，如圖4所示。這種極低功耗器件用于響應語音指令的設備。

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

小結

　　顯然，與許多市場一樣，合適技術的面世將成為關鍵推動力，充當無線耳塞市場的促成者。一旦可以提供高集成度、低功耗、面向應用的專用器件，無線耳塞市場的巨大潛力將得以成為現(xiàn)實。

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