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真无线音频三大痛点,TWS芯片突破契机在哪?
文章来源:永阜康科技 更新时间:2020/11/10 11:12:00
随着TWS产品的迅猛发展,这两个小小的耳机和充电仓开始成为了日常视听生活中不可或缺的一部分。不久前,高通发布了2020年的The State of Play调查报告,从英美德日中五个国家中抽取了5000名用户作为调查对象。调查结果显示,与2019年报告中的23%相比,今年全球拥有TWS产品的用户占比达到了42%,而且每个地区都拥有强劲的增长。

调查结果进一步显示,音质、电池寿命和主动降噪成了产品参数特性上最关键的三大因素。至于电池寿命,其他国家的预期使用时长在9到11小时范围内,而中国用户对TWS产品的电池寿命期望最高,达到18小时。与此同时,推动TWS进一步大热的还有基于云端的语音助手支持。然而要实现这些性能要求就不得不提到TWS产品中的芯片。

鉴于TWS的小体积特性,此类芯片往往需要做到高度集成,以高性能、低功耗和低成本作为大前提。而仍处于粗放增长阶段的国内TWS市场,更是各级玩家频出。

更实用的主动降噪

ADI 中国区消费类产品市场经理 Sophie Mao对国内的TWS市场未来发表了自己的见解。她认为将来TWS产品必将出现分化,分别强调性能以及性价比。这其中主动降噪(ANC)将会成为TWS耳机的标配,ADI认为2023年将有一半以上的TWS耳机带有ANC功能。

ADAU1787评估套件 / ADI

而ADI作为数字与模拟芯片的先驱,在TWS产品上主推的正是ANC解决方案ADAU1787和ADAU1777,这两种方案以较低的功耗成本来实现较高的音质效果。就拿ADAU1787为例,该芯片提供4路ADC输入接口和4路数字麦克风并行输入,因此可以实现单芯片用于混合降噪耳机。ADAU1787特有的双DSP核设计,以FastDSP核做主动降噪滤波器处理,以SigmaDSP核做EQ后处理,从而对降噪后音乐中的低频有损部分进行补偿。在2.3 * 2.8 mm的BGA封装下,1.8V的供电功耗仅有6-7mW,完全可以用于对体积与功耗要求严苛的TWS应用。此外,还可以通过定制来减掉部分功能模块,做到更小的电流,进一步降低功耗。

为了用户的安全性考虑,ADI还在芯片中加入了一个PID比例积分微分控制逻辑,根据收到的信号来预测后面信号的走线,比如以预测来避免车门关上时的巨响,从而更好保护用户的听力。这同样得益于不同的模式与麦克风配置,ADI的芯片可以提供强降噪、弱降噪、降噪关和通透模式等多级调节。

更高效的充电速率

续航也是消费者最为看重的三大因素之一,TWS产品中,往往每一端耳机都拥有独立的小电池,加上充电仓中稍大一些的电池。因此充电仓的充电速率其实对续航体验来说同样是至关重要的。而对于体积有限的耳塞来说,每端往往都配有线性充电器,充电时需要大于电池本身的电压。但充电仓与耳塞中的电池往往都是单节锂离子电池,基于充电状态,电压通常在2.5V与4.2V之间。因此,充电仓电池电压视情况需要增加或减少,才能给耳塞充电提供合适的电压。

TPS63810原理图 / TI

这时也就到了电压变换器起大显身手的时候。然而,升压变换器在线性充电器上会耗散较多能量,这样一来不仅不利于充电效率,还会增加充电仓的散热负担,尤其是在耳塞彻底没电的情况下。TI的TPS63810升降压变换器则可以有效解决这些问题。相对升压变换器70%到72%的充电效率,升降压变换器可以做到92%到93%,同时还不会产生过热问题。TPS63810的输出电压可以通过I2C调整,从而动态设置最适合耳塞线性充电器的电压。TI还为TWS耳机充电仓专门开发了一款三合一的I2C控制开关充电芯片,BQ25618/BQ25619,以低阻抗电源路径对开关模式的运行效率进行了优化,进一步缩短了电池充电的时间。

更先进的蓝牙协议

随着蓝牙5.2的推出,TWS也迎来的新的技术革新,不仅加入了全新的LE音频,还借助同步信道实现了更低的延迟。为此泰凌微电子推出了面向下一代TWS产品的多协议芯片TLSR9518,TLSR9系列也是泰凌微电子的全RISC-V架构芯片。

TLSR9系列的开发板 / 泰凌微电子

该芯片基于RISC-V架构,旨在最大程度上提高设备的性能。MCU为32位5级流水线结构,CoreMark达到3.58MHz。泰凌微电子还在芯片中加入了始终在线的AI引擎,支持多传感器融合和语音唤醒等功能。最重要的自然是蓝牙5.2协议的支持,除了LE音频和同步信道,该芯片还支持室内定位(AoA/AoD)和蓝牙Mesh。当然了,这款多协议的芯片同样适用于可穿戴等IoT设备,因此也支持ZigBee 3.0、OpenThread和泰凌微自己的2.4GHz专有协议。

更低的延时

随着TWS市场的壮大,这类产品的影响也开始波及到游戏市场。据高通的调查结果显示,TWS用户的日常使用中,17%用于主机游戏,16用于电脑游戏,16%用于手机游戏。而在重度游戏用户的眼中,TWS最难解决的问题就是延时。日常影音播放的场景下,几百毫秒的差异也很难使人察觉。但在游戏这种需要耳目集中的场景下,延时会被无限放大。

高通自己推出了相对应的编解码方式aptX低延迟,在保证16位音质的情况下最低可做到40毫秒的延迟。但TWS作为新兴的蓝牙耳机形式,目前对各种编解码方式的支持依然有待普及,然而人们依然追求在无拘束的TWS下无缝游玩。

PAU1625 / 原睿科技

PixArt(原相科技)的子公司Audiowise(原睿科技)为这一痛点特别开发了PAU1600系列芯片。该系列都是蓝牙5.0的无线音频SoC,但原睿通过独特的绿波(GreenRadio)专利技术实现了双耳直连的功能。虽然仅支持SBC/mSBC和AAC的编解码方式,但该系列芯片可以为TWS产品实现极低的延迟。PAU1625芯片可以在游戏模式下做到60毫秒的延时,已经基本无法感知到了。从蓝牙联盟的认证库中查询可以发现,原睿科技未来将推出全新的PAU1800系列,该系列采用蓝牙5.1系列以及新一代的绿波技术(GreenRadio 2.0),也许会将TWS产品的延时推向一个更低的数值。

小结

其实人们对TWS产品的追求也不全然是性能参数上的,用户体验以及舒适度同样是引发客户购买的主导因素。而安全和隐私虽然也是产品设计中重要的一环,但很少有用户会因为这些而放弃购置TWS产品。

语音助手这一功能虽然出于便利性考量,但设计时必须节约硬件资源占用,TWS也很难做到内置集成。音质则依旧是由算法和芯片性能决定的,比如杜比和DTS等环绕音效,这在追求小巧的TWS上同样很难在短期内实现突破。不管如何,从长远来看,音质、续航与降噪依然将作为TWS爆发式增长的三大动力,而TWS芯片仍是首要的攻坚对象。

 
 
 
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