真無線音頻三大痛點(diǎn)，TWS芯片突破契機(jī)在哪？

電子發(fā)燒友報(bào)道（文/周凱揚(yáng)）隨著TWS產(chǎn)品的迅猛發(fā)展，這兩個(gè)小小的耳機(jī)和充電倉(cāng)開始成為了日常視聽生活中不可或缺的一部分。不久前，高通發(fā)布了2020年的The State of Play調(diào)查報(bào)告，從英美德日中五個(gè)國(guó)家中抽取了5000名用戶作為調(diào)查對(duì)象。調(diào)查結(jié)果顯示，與2019年報(bào)告中的23%相比，今年全球擁有TWS產(chǎn)品的用戶占比達(dá)到了42%，而且每個(gè)地區(qū)都擁有強(qiáng)勁的增長(zhǎng)。

調(diào)查結(jié)果進(jìn)一步顯示，音質(zhì)、電池壽命和主動(dòng)降噪成了產(chǎn)品參數(shù)特性上最關(guān)鍵的三大因素。至于電池壽命，其他國(guó)家的預(yù)期使用時(shí)長(zhǎng)在9到11小時(shí)范圍內(nèi)，而中國(guó)用戶對(duì)TWS產(chǎn)品的電池壽命期望最高，達(dá)到18小時(shí)。與此同時(shí)，推動(dòng)TWS進(jìn)一步大熱的還有基于云端的語(yǔ)音助手支持。然而要實(shí)現(xiàn)這些性能要求就不得不提到TWS產(chǎn)品中的芯片。

鑒于TWS的小體積特性，此類芯片往往需要做到高度集成，以高性能、低功耗和低成本作為大前提。而仍處于粗放增長(zhǎng)階段的國(guó)內(nèi)TWS市場(chǎng)，更是各級(jí)玩家頻出。

更實(shí)用的主動(dòng)降噪

ADI 中國(guó)區(qū)消費(fèi)類產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理 Sophie Mao對(duì)國(guó)內(nèi)的TWS市場(chǎng)未來發(fā)表了自己的見解。她認(rèn)為將來TWS產(chǎn)品必將出現(xiàn)分化，分別強(qiáng)調(diào)性能以及性價(jià)比。這其中主動(dòng)降噪（ANC）將會(huì)成為TWS耳機(jī)的標(biāo)配，ADI認(rèn)為2023年將有一半以上的TWS耳機(jī)帶有ANC功能。

ADAU1787評(píng)估套件 / ADI

而ADI作為數(shù)字與模擬芯片的先驅(qū)，在TWS產(chǎn)品上主推的正是ANC解決方案ADAU1787和ADAU1777，這兩種方案以較低的功耗成本來實(shí)現(xiàn)較高的音質(zhì)效果。就拿ADAU1787為例，該芯片提供4路ADC輸入接口和4路數(shù)字麥克風(fēng)并行輸入，因此可以實(shí)現(xiàn)單芯片用于混合降噪耳機(jī)。ADAU1787特有的雙DSP核設(shè)計(jì)，以FastDSP核做主動(dòng)降噪濾波器處理，以SigmaDSP核做EQ后處理，從而對(duì)降噪后音樂中的低頻有損部分進(jìn)行補(bǔ)償。在2.3 * 2.8 mm的BGA封裝下，1.8V的供電功耗僅有6-7mW，完全可以用于對(duì)體積與功耗要求嚴(yán)苛的TWS應(yīng)用。此外，還可以通過定制來減掉部分功能模塊，做到更小的電流，進(jìn)一步降低功耗。

為了用戶的安全性考慮，ADI還在芯片中加入了一個(gè)PID比例積分微分控制邏輯，根據(jù)收到的信號(hào)來預(yù)測(cè)后面信號(hào)的走線，比如以預(yù)測(cè)來避免車門關(guān)上時(shí)的巨響，從而更好保護(hù)用戶的聽力。這同樣得益于不同的模式與麥克風(fēng)配置，ADI的芯片可以提供強(qiáng)降噪、弱降噪、降噪關(guān)和通透模式等多級(jí)調(diào)節(jié)。

更高效的充電速率

續(xù)航也是消費(fèi)者最為看重的三大因素之一，TWS產(chǎn)品中，往往每一端耳機(jī)都擁有獨(dú)立的小電池，加上充電倉(cāng)中稍大一些的電池。因此充電倉(cāng)的充電速率其實(shí)對(duì)續(xù)航體驗(yàn)來說同樣是至關(guān)重要的。而對(duì)于體積有限的耳塞來說，每端往往都配有線性充電器，充電時(shí)需要大于電池本身的電壓。但充電倉(cāng)與耳塞中的電池往往都是單節(jié)鋰離子電池，基于充電狀態(tài)，電壓通常在2.5V與4.2V之間。因此，充電倉(cāng)電池電壓視情況需要增加或減少，才能給耳塞充電提供合適的電壓。

TPS63810原理圖 / TI

這時(shí)也就到了電壓變換器起大顯身手的時(shí)候。然而，升壓變換器在線性充電器上會(huì)耗散較多能量，這樣一來不僅不利于充電效率，還會(huì)增加充電倉(cāng)的散熱負(fù)擔(dān)，尤其是在耳塞徹底沒電的情況下。TI的TPS63810升降壓變換器則可以有效解決這些問題。相對(duì)升壓變換器70%到72%的充電效率，升降壓變換器可以做到92%到93%，同時(shí)還不會(huì)產(chǎn)生過熱問題。TPS63810的輸出電壓可以通過I2C調(diào)整，從而動(dòng)態(tài)設(shè)置最適合耳塞線性充電器的電壓。TI還為TWS耳機(jī)充電倉(cāng)專門開發(fā)了一款三合一的I2C控制開關(guān)充電芯片，BQ25618/BQ25619，以低阻抗電源路徑對(duì)開關(guān)模式的運(yùn)行效率進(jìn)行了優(yōu)化，進(jìn)一步縮短了電池充電的時(shí)間。

更先進(jìn)的藍(lán)牙協(xié)議

隨著藍(lán)牙5.2的推出，TWS也迎來的新的技術(shù)革新，不僅加入了全新的LE音頻，還借助同步信道實(shí)現(xiàn)了更低的延遲。為此泰凌微電子推出了面向下一代TWS產(chǎn)品的多協(xié)議芯片TLSR9518，TLSR9系列也是泰凌微電子的全RISC-V架構(gòu)芯片。

TLSR9系列的開發(fā)板 / 泰凌微電子

該芯片基于RISC-V架構(gòu)，旨在最大程度上提高設(shè)備的性能。MCU為32位5級(jí)流水線結(jié)構(gòu)，CoreMark達(dá)到3.58MHz。泰凌微電子還在芯片中加入了始終在線的AI引擎，支持多傳感器融合和語(yǔ)音喚醒等功能。最重要的自然是藍(lán)牙5.2協(xié)議的支持，除了LE音頻和同步信道，該芯片還支持室內(nèi)定位（AoA/AoD）和藍(lán)牙Mesh。當(dāng)然了，這款多協(xié)議的芯片同樣適用于可穿戴等IoT設(shè)備，因此也支持ZigBee 3.0、OpenThread和泰凌微自己的2.4GHz專有協(xié)議。

更低的延時(shí)

隨著TWS市場(chǎng)的壯大，這類產(chǎn)品的影響也開始波及到游戲市場(chǎng)。據(jù)高通的調(diào)查結(jié)果顯示，TWS用戶的日常使用中，17%用于主機(jī)游戲，16用于電腦游戲，16%用于手機(jī)游戲。而在重度游戲用戶的眼中，TWS最難解決的問題就是延時(shí)。日常影音播放的場(chǎng)景下，幾百毫秒的差異也很難使人察覺。但在游戲這種需要耳目集中的場(chǎng)景下，延時(shí)會(huì)被無限放大。

高通自己推出了相對(duì)應(yīng)的編解碼方式aptX低延遲，在保證16位音質(zhì)的情況下最低可做到40毫秒的延遲。但TWS作為新興的藍(lán)牙耳機(jī)形式，目前對(duì)各種編解碼方式的支持依然有待普及，然而人們依然追求在無拘束的TWS下無縫游玩。

PAU1625 / 原睿科技

PixArt（原相科技）的子公司Audiowise（原?？萍迹檫@一痛點(diǎn)特別開發(fā)了PAU1600系列芯片。該系列都是藍(lán)牙5.0的無線音頻SoC，但原睿通過獨(dú)特的綠波（GreenRadio）專利技術(shù)實(shí)現(xiàn)了雙耳直連的功能。雖然僅支持SBC/mSBC和AAC的編解碼方式，但該系列芯片可以為TWS產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)極低的延遲。PAU1625芯片可以在游戲模式下做到60毫秒的延時(shí)，已經(jīng)基本無法感知到了。從藍(lán)牙聯(lián)盟的認(rèn)證庫(kù)中查詢可以發(fā)現(xiàn)，原睿科技未來將推出全新的PAU1800系列，該系列采用藍(lán)牙5.1系列以及新一代的綠波技術(shù)（GreenRadio 2.0），也許會(huì)將TWS產(chǎn)品的延時(shí)推向一個(gè)更低的數(shù)值。

小結(jié)

其實(shí)人們對(duì)TWS產(chǎn)品的追求也不全然是性能參數(shù)上的，用戶體驗(yàn)以及舒適度同樣是引發(fā)客戶購(gòu)買的主導(dǎo)因素。而安全和隱私雖然也是產(chǎn)品設(shè)計(jì)中重要的一環(huán)，但很少有用戶會(huì)因?yàn)檫@些而放棄購(gòu)置TWS產(chǎn)品。

語(yǔ)音助手這一功能雖然出于便利性考量，但設(shè)計(jì)時(shí)必須節(jié)約硬件資源占用，TWS也很難做到內(nèi)置集成。音質(zhì)則依舊是由算法和芯片性能決定的，比如杜比和DTS等環(huán)繞音效，這在追求小巧的TWS上同樣很難在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)突破。不管如何，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，音質(zhì)、續(xù)航與降噪依然將作為TWS爆發(fā)式增長(zhǎng)的三大動(dòng)力，而TWS芯片仍是首要的攻堅(jiān)對(duì)象。

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