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量、具有除噪和增強低音等特點的高端耳機驅動。

　　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內核，采用1656KB SRAM和256KB ROM。SoC內高度集成的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，能夠實現(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。音頻引擎內還內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。