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TWS耳机、手环手表的技术挑战与解决方案

作者:赵延辉 (ADI公司医疗、消费与新兴业务总监) Sophie Mao (ADI 中国区消费类产品市场经理)时间:2021-05-13来源:电子产品世界收藏

近几年的手机市场增长乏力,而 耳机和可穿戴手环、等则呈几何级数增长。虽然智能可穿戴还有很多产品形态,例如头盔、眼镜、服装、运动鞋、戒指等,但中短期看,这些产品的出货量还远不及 耳机和手环类产品,所以 耳机和手环也是ADI 的关注重点。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/202105/425518.htm

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ADI公司医疗、消费与新兴业务总监 赵延辉

1   TWS耳机:主动降噪等功能成标配

TWS 耳机目前还处于野蛮增长阶段,白牌的出货量达品牌的出货量2 倍以上,关注的功能还主要集中在音频处理本身上,为此,ADI 也是利用在DSP、ADC、DAC 等领域的数十年积累,集成信号链来助力TWS 耳机中至关重要的主动降噪功能,如被国内外市场广泛采用的低功耗音频编解码ADAU1787,就是集成了4 通道ADC,2 通道DAC 以及2 个DSP 内核。

随着终端用户对音频体验以及待机时间的要求越来越高,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ANC(主动噪声控制)功能由于技术的逐渐成熟,成为TWS 耳机的标配。

主动降噪实现的原理其实很简单,但是ANC TWS耳机在具体实现、量产上却有不小难度。首先实际的噪声波形复杂度要大得多,因此实时采集处理以及保证反相噪声的低延迟性极为重要;在主动降噪开启期间,平衡TWS 耳机电池续航与降噪表现需要考虑;以及随之而来的TWS 耳机体积大小也需要注意;还需要在考虑耳机本质——保证音质的前提下进行ANC 方案设计……在多种挑战下,现阶段的主动降噪设计方案往往偏向采用数字处理电路、混合式降噪。这种方案的好处在于能够实现降噪一致性好,并有相应的调校工具和软件来轻松实现校准,并能通过调节增益、EQ 系数、更新固件等方式优化降噪效果,实现更快、更好的降噪效果。

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ADI 中国区消费类产品市场经理 Sophie Mao

2   针对TWS耳机的解决方案

ADI 最近发布的ANC 新一代产品ADAU1860 与ADAU1850 便是这种方案下的佼佼者。其中,ADAU1860 功耗上相比上代产品降低了30%,并且具备硬件语音唤醒设计,拥有更强的DSP 算力,能够提供丰富ANC 选项和功能。ADAU1850 相比上款产品拥有极小的芯片面积,超强音质ANC 混合降噪通道和DSP,以更低的成本提供更精确降噪的可能。

3   用耳机、手环手表做生命体征监测

赵延辉表示,待音频体验做到极致后,也许会有越来越多的TWS 耳机集成生命体征监测的功能。在耳机中做生命体征监测,会有一些天然的优势。例如,在用光电传感器测心率、血氧、血压的时候,如果带在手腕上,经常会遇到黑皮肤和多毛发的问题,光反射信号很弱,甚至完全没有;再例如,冬天的时候,尤其在北方,手腕皮肤很干,心电图(ECG)的采集会碰到干电极的问题,一样会造成信号失真;再者,手腕的动作复杂,用MEMS 传感器捕捉运动信息,再补偿其他传感器的时候,算法及其复杂,且补偿效果很多时候并不理想。

而如果在耳机里,所有这些问题都会大大简化,甚至是迎刃而解。基于这些优势,相信不久的将来,小小的耳机里就会把它们都集成进去。当然,这也对元器件提出了更高的要求,更小体积和更低功耗是显而易见的。

在手环和手表类产品里,各种健康监测类功能可以说是琳琅满目,运动分析、卡路里消耗、睡眠跟踪、血氧饱和度、心率和心率变异性监测、心电图、压力感知等等已经非常成熟,被广泛应用在各种不同品牌的手表里。为了寻求差异化竞争,品牌厂商就会推出集成更多健康监测类功能的手环手表,例如体脂分析、情绪追踪、连续血压监测等等。这就要求半导体厂商提供更多不同种类的传感器来实现,而且受体积和功耗的限制,相信不久的将来,各种传感器的集成度也会越来越高。

4   生命体征监测的解决方案

ADI 号称数据的诞生地,健康监测类传感器种类非常丰富,而且性能卓越,并在这些领域有持续的战略投入。例如基于MEMS 技术,用于运动捕捉的ADXL362,产品发布近9 年,依然拥有业界领先的超低功耗性能;再例如ADI 专门用于高精度阻抗测量的模拟前端AD5940 和高精度、低功耗片上计量仪ADucM355为身体阻抗分析BIA,皮电活动EDA/GSR 等提供了简单易用、一步到位的解决方案;还有低功耗、单导联、心电图ECG 模拟前端 (AFE) AD8233,专为满足新兴的健身设备、便携式/ 佩戴式监控设备和远程健康监护设备的ECG 信号调理要求而设计。ADPD4100 系列产品也是不得不提的ADI 针对VSM 应用推出的一种多模式传感器AFE,是可穿戴健康和健身设备中各种电气和光学传感器的理想枢纽,适用于心率和心率变异性(HRV)监测、血压估计、压力和睡眠跟踪以及SpO2 测量。这种新型多参数VSM AFE 的多种工作模式可以容纳医疗健康应用中的不同传感器测量,包括但不限于光电容积脉搏波描记(PPG)、心电图(ECG)、皮肤电活动(EDA)、身体成分、呼吸、温度和环境光测量。随着手环手表类的健康监测功能越来越多,要求传感器的集成度也会越来越高,而有丰富传感器研发经验积累的ADI,相信也可以做到厚积薄发。

(本文来源于《电子产品世界》杂志2021年5月期)



关键词: TWS 手表 202105

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