TWS耳機(jī)、手環(huán)手表的技術(shù)挑戰(zhàn)與解決方案

近幾年的手機(jī)市場(chǎng)增長(zhǎng)乏力，而TWS 耳機(jī)和可穿戴手環(huán)、手表等則呈幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)。雖然智能可穿戴還有很多產(chǎn)品形態(tài)，例如頭盔、眼鏡、服裝、運(yùn)動(dòng)鞋、戒指等，但中短期看，這些產(chǎn)品的出貨量還遠(yuǎn)不及TWS 耳機(jī)和手環(huán)手表類產(chǎn)品，所以TWS 耳機(jī)和手環(huán)手表也是ADI 的關(guān)注重點(diǎn)。

ADI公司醫(yī)療、消費(fèi)與新興業(yè)務(wù)總監(jiān) 趙延輝

1   TWS耳機(jī)：主動(dòng)降噪等功能成標(biāo)配

TWS 耳機(jī)目前還處于野蠻增長(zhǎng)階段，白牌的出貨量達(dá)品牌的出貨量2 倍以上，關(guān)注的功能還主要集中在音頻處理本身上，為此，ADI 也是利用在DSP、ADC、DAC 等領(lǐng)域的數(shù)十年積累，集成信號(hào)鏈來(lái)助力TWS 耳機(jī)中至關(guān)重要的主動(dòng)降噪功能，如被國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)廣泛采用的低功耗音頻編解碼ADAU1787，就是集成了4 通道ADC，2 通道DAC 以及2 個(gè)DSP 內(nèi)核。

隨著終端用戶對(duì)音頻體驗(yàn)以及待機(jī)時(shí)間的要求越來(lái)越高，將來(lái)TWS 產(chǎn)品必將出現(xiàn)分化，分別強(qiáng)調(diào)性能以及性價(jià)比。這其中ANC（主動(dòng)噪聲控制）功能由于技術(shù)的逐漸成熟，成為T(mén)WS 耳機(jī)的標(biāo)配。

主動(dòng)降噪實(shí)現(xiàn)的原理其實(shí)很簡(jiǎn)單，但是ANC TWS耳機(jī)在具體實(shí)現(xiàn)、量產(chǎn)上卻有不小難度。首先實(shí)際的噪聲波形復(fù)雜度要大得多，因此實(shí)時(shí)采集處理以及保證反相噪聲的低延遲性極為重要；在主動(dòng)降噪開(kāi)啟期間，平衡TWS 耳機(jī)電池續(xù)航與降噪表現(xiàn)需要考慮；以及隨之而來(lái)的TWS 耳機(jī)體積大小也需要注意；還需要在考慮耳機(jī)本質(zhì)——保證音質(zhì)的前提下進(jìn)行ANC 方案設(shè)計(jì)……在多種挑戰(zhàn)下，現(xiàn)階段的主動(dòng)降噪設(shè)計(jì)方案往往偏向采用數(shù)字處理電路、混合式降噪。這種方案的好處在于能夠?qū)崿F(xiàn)降噪一致性好，并有相應(yīng)的調(diào)校工具和軟件來(lái)輕松實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)，并能通過(guò)調(diào)節(jié)增益、EQ 系數(shù)、更新固件等方式優(yōu)化降噪效果，實(shí)現(xiàn)更快、更好的降噪效果。

ADI 中國(guó)區(qū)消費(fèi)類產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理 Sophie Mao

2   針對(duì)TWS耳機(jī)的解決方案

ADI 最近發(fā)布的ANC 新一代產(chǎn)品ADAU1860 與ADAU1850 便是這種方案下的佼佼者。其中，ADAU1860 功耗上相比上代產(chǎn)品降低了30%，并且具備硬件語(yǔ)音喚醒設(shè)計(jì)，擁有更強(qiáng)的DSP 算力，能夠提供豐富ANC 選項(xiàng)和功能。ADAU1850 相比上款產(chǎn)品擁有極小的芯片面積，超強(qiáng)音質(zhì)ANC 混合降噪通道和DSP，以更低的成本提供更精確降噪的可能。

3   用耳機(jī)、手環(huán)手表做生命體征監(jiān)測(cè)

趙延輝表示，待音頻體驗(yàn)做到極致后，也許會(huì)有越來(lái)越多的TWS 耳機(jī)集成生命體征監(jiān)測(cè)的功能。在耳機(jī)中做生命體征監(jiān)測(cè)，會(huì)有一些天然的優(yōu)勢(shì)。例如，在用光電傳感器測(cè)心率、血氧、血壓的時(shí)候，如果帶在手腕上，經(jīng)常會(huì)遇到黑皮膚和多毛發(fā)的問(wèn)題，光反射信號(hào)很弱，甚至完全沒(méi)有；再例如，冬天的時(shí)候，尤其在北方，手腕皮膚很干，心電圖（ECG）的采集會(huì)碰到干電極的問(wèn)題，一樣會(huì)造成信號(hào)失真；再者，手腕的動(dòng)作復(fù)雜，用MEMS 傳感器捕捉運(yùn)動(dòng)信息，再補(bǔ)償其他傳感器的時(shí)候，算法及其復(fù)雜，且補(bǔ)償效果很多時(shí)候并不理想。

而如果在耳機(jī)里，所有這些問(wèn)題都會(huì)大大簡(jiǎn)化，甚至是迎刃而解。基于這些優(yōu)勢(shì)，相信不久的將來(lái)，小小的耳機(jī)里就會(huì)把它們都集成進(jìn)去。當(dāng)然，這也對(duì)元器件提出了更高的要求，更小體積和更低功耗是顯而易見(jiàn)的。

在手環(huán)和手表類產(chǎn)品里，各種健康監(jiān)測(cè)類功能可以說(shuō)是琳瑯滿目，運(yùn)動(dòng)分析、卡路里消耗、睡眠跟蹤、血氧飽和度、心率和心率變異性監(jiān)測(cè)、心電圖、壓力感知等等已經(jīng)非常成熟，被廣泛應(yīng)用在各種不同品牌的手表里。為了尋求差異化競(jìng)爭(zhēng)，品牌廠商就會(huì)推出集成更多健康監(jiān)測(cè)類功能的手環(huán)手表，例如體脂分析、情緒追蹤、連續(xù)血壓監(jiān)測(cè)等等。這就要求半導(dǎo)體廠商提供更多不同種類的傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，而且受體積和功耗的限制，相信不久的將來(lái)，各種傳感器的集成度也會(huì)越來(lái)越高。

4   生命體征監(jiān)測(cè)的解決方案

ADI 號(hào)稱數(shù)據(jù)的誕生地，健康監(jiān)測(cè)類傳感器種類非常豐富，而且性能卓越，并在這些領(lǐng)域有持續(xù)的戰(zhàn)略投入。例如基于MEMS 技術(shù)，用于運(yùn)動(dòng)捕捉的ADXL362，產(chǎn)品發(fā)布近9 年，依然擁有業(yè)界領(lǐng)先的超低功耗性能；再例如ADI 專門(mén)用于高精度阻抗測(cè)量的模擬前端AD5940 和高精度、低功耗片上計(jì)量?jī)xADucM355為身體阻抗分析BIA，皮電活動(dòng)EDA/GSR 等提供了簡(jiǎn)單易用、一步到位的解決方案；還有低功耗、單導(dǎo)聯(lián)、心電圖ECG 模擬前端 (AFE) AD8233，專為滿足新興的健身設(shè)備、便攜式/ 佩戴式監(jiān)控設(shè)備和遠(yuǎn)程健康監(jiān)護(hù)設(shè)備的ECG 信號(hào)調(diào)理要求而設(shè)計(jì)。ADPD4100 系列產(chǎn)品也是不得不提的ADI 針對(duì)VSM 應(yīng)用推出的一種多模式傳感器AFE，是可穿戴健康和健身設(shè)備中各種電氣和光學(xué)傳感器的理想樞紐，適用于心率和心率變異性(HRV)監(jiān)測(cè)、血壓估計(jì)、壓力和睡眠跟蹤以及SpO2 測(cè)量。這種新型多參數(shù)VSM AFE 的多種工作模式可以容納醫(yī)療健康應(yīng)用中的不同傳感器測(cè)量，包括但不限于光電容積脈搏波描記(PPG)、心電圖(ECG)、皮膚電活動(dòng)(EDA)、身體成分、呼吸、溫度和環(huán)境光測(cè)量。隨著手環(huán)手表類的健康監(jiān)測(cè)功能越來(lái)越多，要求傳感器的集成度也會(huì)越來(lái)越高，而有豐富傳感器研發(fā)經(jīng)驗(yàn)積累的ADI，相信也可以做到厚積薄發(fā)。

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年5月期）