TWS主控芯片之戰(zhàn)，延遲、降噪與穩(wěn)定性的平衡

在眾多無線連接技術(shù)中，藍(lán)牙借助真無線耳機(jī)（TWS）再度引發(fā)了一波市場熱潮。藍(lán)牙耳機(jī)早已不是什么科技新品了，但TWS的出現(xiàn)解決了多數(shù)人對這一產(chǎn)品的痛點(diǎn)。如今各大手機(jī)與耳機(jī)廠商都開始推出TWS耳機(jī)新品，并借由強(qiáng)大的主控芯片等實(shí)現(xiàn)降噪、語音控制等附加功能，這一切同樣得益于從藍(lán)牙4.0起加入的低功耗協(xié)議BLE。

據(jù)ABI Research統(tǒng)計，BLE設(shè)備數(shù)量將于2023年達(dá)到16億，并在2018至2023年實(shí)現(xiàn)27%的年復(fù)合增長率。對于智能家居，物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用上BLE技術(shù)的不斷普及，這項技術(shù)從2010年現(xiàn)世以來就一直在穩(wěn)步增長，并在BLE音頻應(yīng)用的猛增下成為了當(dāng)下炙手可熱的藍(lán)牙市場爆點(diǎn)。隨著藍(lán)牙5.2的推出，BLE更是發(fā)展出了LE Audio高音質(zhì)音頻傳輸。

作為TWS的核心，其主控芯片從根本上決定了不同藍(lán)牙耳機(jī)間的性能表現(xiàn)與特色功能。據(jù)Strategy Analytics分析，2019年蘋果借助Airpods系列在TWS市場占據(jù)了50%上的份額。除蘋果之外，市面上哪些有競爭力的TWS終端產(chǎn)品，以及它們的主控芯片又是什么呢？

Broadcom

Galaxy Buds Live / 三星

三星于去年發(fā)布的Galaxy Buds成了美國Consumer Reports評出的2019年最佳TWS耳機(jī)，該耳機(jī)不僅經(jīng)由AKG進(jìn)行調(diào)校，還使用了博通的BCM43014主控芯片。博通指出，該芯片組合了多年的半導(dǎo)體專業(yè)經(jīng)驗以及無線音頻工程技術(shù)，支持藍(lán)牙5協(xié)議的同時，利用無縫集成的先進(jìn)聲學(xué)算法減少了背景噪聲。

三星為了擴(kuò)展在主動降噪TWS耳機(jī)上的市場在今年分別發(fā)布了兩款新品，而年初發(fā)布的Galaxy Buds Plus和本月發(fā)布的Galaxy Buds Live都采用了博通的新款主控芯片BCM43015。該芯片使用了ARM Cortex-M4作為MCU，以及ARM Cortex-M0+作為傳感器中樞處理器。BCM43015還支持低功耗影子技術(shù)（LPST）和擴(kuò)展同步連接（eSCO），并使用自適應(yīng)跳頻技術(shù)（AFH）來減少無線電頻率干擾。此外，該芯片還內(nèi)置了Cadence的Xtensa Hifi-3 DSP核作為音頻子系統(tǒng)，以雙通道12-bit的ADC來監(jiān)測電池電壓。
Qualcomm

QCC3040結(jié)構(gòu)圖 / 高通

自高通收購CSR以來，借助CSR的藍(lán)牙芯片占據(jù)了大半市場，如今TWS這個市場商機(jī)自然也不會放過。除了今年發(fā)布的QCC514x高端藍(lán)牙芯片外，高通還推出了面向入門與中端市場的QCC304x系列。就拿QCC3040芯片來說，該芯片采用了兩個32位的處理器（最高頻率為32MHz）和一個120MHz可配置的DSP內(nèi)核，與上一代QCC300x系列相比降低了70%的能耗。QCC3040內(nèi)置功耗極低的數(shù)字降噪技術(shù)，并支持最新的藍(lán)牙5.2協(xié)議。

除了優(yōu)異的性能外，高通的藍(lán)牙芯片最大優(yōu)勢還是對音頻編解碼協(xié)議的支持。高通的aptX可以說是目前TWS耳機(jī)中適用性最強(qiáng)的協(xié)議，既有注重穩(wěn)定性的aptX Adaptive，注重音質(zhì)的aptX HD，還有以低延遲為目標(biāo)的aptX LL（Low Latency）。

Apple

AirPods一代 / 蘋果

作為將TWS一舉帶火的Airpods，其初代產(chǎn)品使用了蘋果自研的W1芯片，而隨后推出的二代產(chǎn)品和Airpods Pro，蘋果則采用了全新的H1芯片。

全新的芯片不僅將藍(lán)牙4.2協(xié)議升級至5.0，同時將通話壽命提升了50%。蘋果聲稱H1芯片讓后續(xù)的Airpods Pro做到了1.5倍的連接速度，同時提高了藍(lán)牙信號的穩(wěn)定性、速度以及距離，降低了30%的延遲，并為其加入了新的語音控制功能。

華為

麒麟A1芯片 / 華為

華為在FreeBuds 3中采用了麒麟A1芯片，這也是全球首款通過BT/BLE雙模藍(lán)牙5.1認(rèn)證的SoC。該芯片采用了Cortex-M7處理器，最大頻率為200MHz，最大功耗為10 uA/MHz，遠(yuǎn)低于業(yè)界30uA/MHz的功耗標(biāo)準(zhǔn)。該芯片還配置了全新的雙通道同步傳輸技術(shù)和356MHz高速率音頻處理單元，在提供穩(wěn)定快速的藍(lán)牙連接的同時，也降低了音頻與視頻同步的延遲。麒麟A1使用實(shí)時3A通話降噪算法和自適應(yīng)降噪（ANR）提供了15dB的環(huán)境降噪效果，并以回聲消除（AEC）來阻止通話對方的回聲。

雙通道同步傳輸技術(shù) / 華為

華為通過自研的雙通道同步傳輸技術(shù)解決延遲和功耗上的問題，傳統(tǒng)TWS耳機(jī)同時將左右聲道傳輸至主耳機(jī)，然后再轉(zhuǎn)發(fā)給副耳機(jī)，這樣引發(fā)了轉(zhuǎn)發(fā)效率低、延遲高、斷連以及高功耗的問題。此外由于藍(lán)牙和2.4GHz的Wi-Fi使用同一頻段，因此很容易互相干擾。該技術(shù)讓兩個耳機(jī)分別接受左右聲道的通信，降低了50%的功耗，與藍(lán)牙5.2中的LE同步信道類似。

恒玄科技

榮耀Flypods 3 / 華為

在FreeBuds 3之前，華為的TWS產(chǎn)品主要采用恒玄科技的主控芯片，比如華為Freebuds 2 Pro和榮耀FlyPods 3都內(nèi)置了恒玄科技的BES2300芯片。BES2300運(yùn)用了28 nm的HKMG CMOS工藝，集成了一枚Cortex-M4F內(nèi)核，并支持ANC主動降噪，平均降噪效果為25dB。除華為之外，國內(nèi)不少品牌的耳機(jī)都采用了恒玄科技的藍(lán)牙芯片，比如小米的Air2s和Oppo Enco W51等。

為了解決傳統(tǒng)TWS方案的傳播問題，恒玄科技也推出了自己的解決方案——LBRT低頻轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)。該技術(shù)讓主副耳機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)維持在低頻段（10-15MHz），從而做到低功耗和低延遲，同時實(shí)現(xiàn)3Mbps的高比特率音樂傳輸。

Realtek

瑞昱在2018年就發(fā)布了針對TWS的雙模藍(lán)牙5.0芯片方案RTL8763B，該芯片有由一個32位ARM Cortex-M4F處理器和一個超低功耗的DSP內(nèi)核組成。其基帶主頻為40MHz，具有768KB的ROM大小，并采用了增強(qiáng)的Tensilica Hi-Fi-mini 24位DSP內(nèi)核。

RTL8773C芯片 / Realtek

去年瑞昱公布了全新的降噪芯片方案RTL8773系列，這一芯片組支持環(huán)境降噪（ENC）和混合主動降噪（ANC）。瑞昱提到該芯片不僅支持自己的主動降噪算法，同樣支持第三方算法，降噪效果最高可達(dá)40dB。該系列中的RTL8763BFP專注于低延遲的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)100ms乃至更低的延遲，這與其它主控芯片相比有很大的優(yōu)勢，比如華為Freebuds 3（麒麟A1:190ms）vivo TWS Earphone（QCC5126:180ms）以及Airpods Pro（H1:144ms）。

Airoha

WF-1000XM3耳機(jī) / 索尼

絡(luò)達(dá)科技在2017年成為了聯(lián)發(fā)科集團(tuán)的一員，也是索尼TWS產(chǎn)品的主要芯片供應(yīng)商。索尼最新的降噪TWS耳機(jī)WF-1000XM3就運(yùn)用了絡(luò)達(dá)的AB1552A芯片（聯(lián)發(fā)科型號MT2811SP），索尼還在耳機(jī)中加入了自己的降噪處理器QN1e。2019年，絡(luò)達(dá)推出混合主動降噪的主控芯片方案AB155x，該系列芯片內(nèi)置一個最大頻率為156MHz的ARM Cortex-M4處理器，以及一個最大頻率為312MHz的Tensilica HiFi mini DSP內(nèi)核。除此之外，AB155x運(yùn)用了自研的MCSync（組播同步）技術(shù)，在MCSync技術(shù)支持下的TWS耳機(jī)可以做到更穩(wěn)定的連接，減少斷音調(diào)音降低延遲，并支持Hi-Res的音頻解編碼。

小結(jié)

與傳統(tǒng)藍(lán)牙耳機(jī)或是傳統(tǒng)降噪藍(lán)牙耳機(jī)相比，TWS耳機(jī)在續(xù)航、降噪效果以及音質(zhì)上都有一定降低。但考慮到對體積和功耗的限制，做出這樣的妥協(xié)也是理所當(dāng)然的。但隨著藍(lán)牙芯片制程技術(shù)的進(jìn)一步提高，未來藍(lán)牙芯片在性能上做出突破。

而為了減少延遲和干擾，不少芯片廠商都給出自己的解決方案，但隨著藍(lán)牙5.2擴(kuò)大市場占有率，未來也許都會統(tǒng)一采用LE同步信道。從藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟的產(chǎn)品認(rèn)證頁面上來看，不少終端、芯片和IP廠商都開始在準(zhǔn)備下一代藍(lán)牙5.2產(chǎn)品。由此看來，TWS耳機(jī)占據(jù)整個藍(lán)牙耳機(jī)的時代也許很快就會到來。

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