基于炬芯(Actions) ATS3019+Vesper VA1200的TWS骨传导蓝牙耳机方案

作者：时间：2022-07-05来源：大联大收藏

我们是如何听到声音的呢？一种是通过空气传播的方式，声音震动耳膜触发听觉；还有一种骨传导的方式，通过头骨将声音传至听觉神经。音乐家贝多芬在失聪后用牙齿咬着一根木棍抵住钢琴，声音通过木棍和骨传导的方式传至听觉神经，从而获得声音。在日常生活中也会经常体验到这一传音方式，比如在吃东西时的咀嚼声、喝水声等。近几年，随着蓝牙耳机的发展，骨传导技术也被运用到了其中。苹果AirPods系列、华为FreeBuds 3、漫步者DreamPods为代表的骨传导通话降噪耳机。通过将使用者发出的声音通过骨传的方式收集，实现避免外界声音干扰，使通话更清晰的效果。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/202207/435898.htm

基于炬芯(Actions) ATS3019+Vesper VA1200的TWS骨传导蓝牙耳机方案，这个方案最主要的特点是搭载骨传导通话降噪技术，实时分离人声和环境噪音。并且通过骨振动传导佩戴人的语音信号，结合AI人声提取，智能识别说话状态，无论身处怎样的环境，都能让你的声音不带任何杂音的传到对方的耳朵里，有效隔绝周围人声和环境噪音，大幅度提升通话的清晰度和隐秘性。

ATC3019主控芯片来自Actions炬芯科技，炬芯新一代蓝牙耳机芯片ATS301X系列拥有蓝牙5.0双模配置，发射功率最高达10dBm，接收灵敏度-95dBm，有效地提升了音频连接的稳定性。在常规音频播放的情况下空载功耗能够低至5.xmA，同时支持低延时模式，蓝牙音频信号延时低至40ms。

炬芯ATS301X系列部分技术规格

VA1200是世界上第一个压电MEMS语音加速度计，VA1200可用于拾取佩戴者的通过骨骼传导自己的声音。使用VA1200语音加速度计与标准麦克风配合使用，最终产品可以实现出色的背景音和风噪声的减少。VA1200具有2.9毫米X 2.76毫米X 0.9毫米的超小尺寸封装，兼容回流焊，无灵敏度降解。具备防尘和防潮，可以在环境恶劣的环境中运行。

硬件项目开发方面

原理图设计总体原则：

1．原理图设计需按照方案规格的要求实现各项硬件功能，尽量避免功能模块相互间的资源冲突。

2．原理图设计要求性能达到要求。如稳定性，启动电压，功耗， ESD， EMI 等。要注意检查模块电源开关状态，选择的元件标称及精度、材质，接口保护元件和 EMI 滤波器等。

3．系统时钟为 24MHZ，一般选取 CL 为 8PF 左右（范围为 8～10pF），精度为±10PPM，温度频偏±10PPM。这样才能保证系统能正常工作。晶体参考厂家选择见关键性物料晶体部分说明。
GPIO8 由于靠近晶体，不能用于 PWM 输出，不能用于产生频繁翻转的信号输出，只能用于简单输入检测端或输出端固定高低电平控制。

4．如果存在 I/O 复用，接口复用等情况，需注意检查 I/O 上电状态，接口时序等，确保功能设计正确实现。

PCB 设计总体说明：

1． PCB 设计推荐四层板。地线的铜箔尽量大且完整，使用地线将高速信号包住，或者通过地线将敏感信号和干扰源隔离开。

2． PCB 不做分地处理。

3．元件布局尽量将敏感元件放在 PCB 中间，如主控，晶体等。布局优先顺序按照主控、RF 电路、晶振、 PMU 滤波电容。还有音频的连接点要尽可能远离天线。喇叭及其接线焊盘需要尽量远离天线

4． ATS301X 上的 EPAD，需要均匀多打地孔

5． IO 口的控制线、时钟线和数字信号走线，一般走 5～6mil，模拟的音频线一般走 6~8mil。对于电源走线，可根据电流的大小来决定，一般会在 10～20 mil 之间。

6．整个 PCB 的地平面要完整、连通。如器件过多或板子面积小，尽量保证有器件底下就是地，整并多打地孔。 ESD 器件到电池地有一块完整连通的地平面。注：所有 PCB 走线，最好能设计成微带线。

7．晶体放置尽可能不要太靠近 IC（最好有 3mm 的间距）和天线（越远越好），就是不要靠近 TRX 网络（IC 32pin）放置。晶体要靠近 IC 放置。但是，其接地点要远离 IC 端。并且，必须远离天线。

在方案开发过程中，发现蓝牙耦合问题，会影响骨传导传播信号，通过增加15pF射频噪声滤波器，增加400欧姆差动设计，有助于解决射频噪声问题。

项目软件开发方面

客户工程师拿到软件发布包之后，可以按照如下流程开发自己的耳机产品。对于配置项，下面只是简单描述，如果需要详细了解，可以联系相关FAE。此外，开发的时候可以不限于这些配置，还可以根据方案需求的不同，修改应用层的代码，进行更深入的配置和开发，下面介绍一下主要的简单版开发流程。

1、购买下载器件

我们支持两种升级方式，分别是串口升级和无线升级，如果是串口升级，则需要准备串口线，可以使用网购的串口线，但是为了提高生产效率，串口速度最高会提到 3M bps，所以需要选择质量更好的串口线。如果是无线升级，则需要购买支持 SPP 服务的 Dongle，或者使用支持无线蓝牙的笔记本。

2、安装配置工具

在发布包的 Tools 目录下，打开 CONFIG 目录，双击 setup.exe 即可安装。配置工具主要有三个区，如下图所示，其中“配置项显示区”包含了所有的配置项，点击某个配置项，就会在“配置区”显示这个配置项的内容并可以进行配置和编辑，工具栏区主要包含一些常规的操作，比如“打开固件”、“保存固件”、“导入配置”、“导出配置”、“下载固件”、“串口选择”、“OTA 使能”、“蓝牙列表搜索界面”等等。

其中，针对工具栏区的每个图标的作用，解释如下：

图标 1：打开固件、图标 2：保存固件、图标 3：导入配置 bin 文件、图标 4：导出配置 bin 文件、图标 5：下载固件、图标 6：选择串口、图标 7：使能 OTA 下载功能、图标 8：蓝牙设备搜索列表（使能 OTA 之后才有效）、图标 9：启动蓝牙设备搜索（使能 OTA 之后才有效）、图标 10：获取固件版本号（使能 OTA 之后才有效）。

3、打开标准固件

打开配置工具后，会提示选择固件，然后选择发布包的 Firmware 目录下 US301A.FW。或者打开 Firmware 目录下的 user 开发包编译链接生成的固件亦可。

4、配置固件功能

在配置工具左侧栏有很多配置项，开发者可以针对自己产品的需求对固件功能进行配置，基于标案的功能上，一般需要配置版本信息，蓝牙名称和地址，按键及其功能映射， LED，充电参数，语音和提示音等，配置好之后可以直接下载。

5、调试声音效果

点击左侧栏“音效调节”，客户调节蓝牙音乐音效、蓝牙通话输出音效、蓝牙通话 MIC 音效，由于用料不同，不同耳机的喇叭音色也不一样，客户可以通过 EQ 等参数的调节，让声音变得更好听。

音效调节界面

通话调节界面

6、烧录固件测试

配置好之后可以进行固件升级，升级方式可以使用串口升级或者 Dongle 升级，具体的操作可以参考“串口升级和无线升级” 这个章节的介绍。烧录完成之后可以进行简单功能测试，确保固件升级成功，测试内容可以包括蓝牙名称、蓝牙播歌和通话、低功耗、音效和降噪等。

如果客户方案需求不同，需要修改应用层的代码，进行更深入的配置和开发，需要安装cygwin 平台来编译SDK，可以参考下面方案链接的软件开发环境搭建部分：

基于炬芯(Actions) ATS2819的TWS蓝牙音箱方案

如果是第一次使用 sdk，则在 cygwin 中 cd 到 user 目录执行 make clean;make 即可进行编译链接，如果不是第一次使用 sdk，则 cd 到 user 目录执行 make 即可。执行命令之后会同时在 userfwpkg 目录下生成固件，固件的名称为 US301A.FW。参考下面博文：

炬芯（Actions）TWS ATS301X 之应用代码开发指南

► 场景应用图

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