當前可穿戴等消費電子設(shè)備功能愈發(fā)復雜，之前在專業(yè)的設(shè)備上高不可攀的功能,，已經(jīng)在大眾消費電子設(shè)備上得以搭載和普及,。這些專業(yè)技術(shù)在消費端的下沉和普及,，面臨著諸多的挑戰(zhàn)。在復雜多變的環(huán)境里,，小體積的設(shè)備上,，采集到精準的數(shù)據(jù)，然后實現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理計算,，同時還要保證消費級功耗水平,。針對這種需求，這需要芯片廠商提供全新的方案支持,。ADI中國近日就發(fā)布了針對主動降噪耳機和可穿戴醫(yī)療的全新芯片,，從中國本土需求出發(fā)提供一流的應(yīng)用解決方案。
TWS耳機主動降噪的設(shè)計挑戰(zhàn)
TWS耳機已經(jīng)逐漸取代有線耳機,，而無線之后的下一個產(chǎn)品力,，業(yè)界都不約而同地瞄準了降噪。降噪的需求并不僅僅來自于廠商追求產(chǎn)品力和差異化,，更有著健康方面的意義,。從出生開始，人的聽力就進入了不可逆的下降曲線：新出生的嬰兒的聽力頻率范圍是20K左右,，而后每年損失約200Hz,。到20歲的時候大概有8k Hz，以后隨著年齡增長會逐步降低,。此外,，當下人們的生活環(huán)境中也充斥著各種噪音，加之不良的生活習慣也造成了更大范圍聽力損傷。主動降噪技術(shù)（ANC）可以幫助我們在嘈雜的環(huán)境中,，實現(xiàn)更好的聽力保護,。
據(jù)ADI中國產(chǎn)品事業(yè)部高級市場應(yīng)用經(jīng)理何源分享，主動降噪技術(shù)最初的量產(chǎn)搭載,，是1989年Bose為美國空軍提供的耳機，該技術(shù)在耳機上的量產(chǎn)搭載給美軍每年節(jié)省了兩億美元的噪聲致殘補償金,。2000年時ANC技術(shù)進入民用市場走高端路線,，某些航空公司頭等艙還以標配降噪耳機作為其賣點。2014年是一個重要節(jié)點,， 這一年Bose推出了數(shù)字ANC的方案,，將主動降噪耳機的價格拉到了更多人可以接觸到的區(qū)間內(nèi)。而后到了當下,，降噪技術(shù)已經(jīng)不僅僅局限于大體積的發(fā)燒耳機型號上,，在小體積的TWS耳機上也開始逐步普及。但這種ANC技術(shù)呈現(xiàn)出的效果,，不同耳機千差萬別,。對于耳機廠商而言，在小體積的TWS上實現(xiàn)優(yōu)異的降噪體驗也面臨著諸多挑戰(zhàn),。
對于系統(tǒng)工程師而言,，“降噪”是一個系統(tǒng)工程，也是一門妥協(xié)的藝術(shù),。來自耳機內(nèi)聲學器件,、芯片本地噪聲、電源串擾,、射頻雜訊等的底噪會在ANC模式下變得更為突出,；戶外場景下的風噪也不容易處理；半入耳式的降噪要保證實時的降噪特性調(diào)整,；降噪帶來的負壓感,、爆破音的處理、實現(xiàn)量產(chǎn)的降噪效果一致性……以上諸多的問題給系統(tǒng)工程師的設(shè)計開發(fā)提出了極高的要求,。
ADAU1850/60：靈活硬件模塊+自研降噪系統(tǒng)
針對諸多的ANC設(shè)計挑戰(zhàn),，ADI中國推出了專門的芯片解決方案——ADAU1850/60。ADAU1850是一款非常精簡的降噪芯片,，在藍牙芯片上外掛該芯片就可以為TWS耳機實現(xiàn)ANC降噪的功能,。內(nèi)置了可編程FastDSP音頻處理器，提供高達768kHz的采樣率,，這是降噪的核心,。3通道低延遲24位ADC， 支持3個模擬麥克風輸入和4個數(shù)字麥克風輸入；高性能的DAC信噪比高達110dB,，在不開noise gating情況下底噪實測僅為3uV,。何源介紹到，ADAU1850內(nèi)置的高精度EQ動態(tài)范圍和精度可以達到小數(shù)點后54個0,，為調(diào)音師提供了風格化調(diào)音的硬件基礎(chǔ),。ADAU1860是旗艦機的主動降噪芯片，功耗相比上代降低了30%,，在ADAU1850一個 FastDSP的基礎(chǔ)上,，額外增加了一個高性能 Tensilica HiFi DSP核，提供了更強大的DSP算力,。
針對上述提到的設(shè)計挑戰(zhàn),，ADI中國在新的芯片上都有相應(yīng)的硬件設(shè)計來進行處理。首先底噪是一個綜合的噪聲的擬合,，來自多個方面,。ADAU1850/60首先是通過底層的優(yōu)秀的ADC和DAC來保證本身的底噪較小,；優(yōu)化的指令集讓用戶可以在調(diào)整ANC的同時,，調(diào)整優(yōu)化的音頻路徑，通過數(shù)字方式來減少底噪,。最后是在整個系統(tǒng)底噪上,，ADI中國可以幫助客戶做布板布線的設(shè)計制造，從系統(tǒng)層面上減少干擾產(chǎn)生的底噪,。
針對風噪的處理,，用戶可以利用芯片內(nèi)部靈活的硬件檢測模塊，自己搭建硬件級別的檢測系統(tǒng),，來感知麥克風的風噪,，進行動態(tài)的調(diào)整。因為是硬件級別的響應(yīng),，因此實時性和功耗都有所保證,。
針對半入耳式耳機，ADI中國獨立研發(fā)出了一套自適應(yīng)的降噪系統(tǒng),。因為半入耳式耳機與用戶的耳朵之間位置關(guān)系隨時都在發(fā)生細微變化,，所以需要系統(tǒng)跟隨這些特征參數(shù)的變化，動態(tài)地進行降噪音頻參數(shù)的調(diào)整,。據(jù)悉在今年上半年,，ADI的這套自適應(yīng)降噪系統(tǒng)就可能在一些終端產(chǎn)品上搭載。
針對負壓感的處理,，是通過在降噪上添加一個聲學模型的輸入,。ADI將對于心理模型的理解，耦合到了降噪調(diào)節(jié)功能上，為用戶提供安靜又舒適的體驗,。
針對切換順滑度的處理,，同樣也是因為硬件級別的處理，所以實時性響應(yīng)有很好的保證,，可以實現(xiàn)每秒190萬次的采樣,，這樣出來的變化擬合曲線，對于人耳來說就是一個平滑的感受,。
總的來說,，ADAU1850/60因為采用了靈活可靠的硬件模塊，同時提供了自研的指令集級別的降噪系統(tǒng),，可以在保證實時性的效果同時，提供非常好的功耗表現(xiàn),。該ANC芯片,，并不僅僅是一個芯片，更是一個系統(tǒng)級別的主動降噪解決方案,。搭配其簡潔易用的開發(fā)工具鏈,，可以大幅降低設(shè)計人員的開發(fā)周期。
醫(yī)療級檢測下沉到可穿戴的挑戰(zhàn)
近年來因為不健康的生活習慣和環(huán)境,，很多疾病的患病者有著年輕化的趨勢,。對于健康的監(jiān)控和管理，愈發(fā)獲得大眾的關(guān)注,。在可穿戴設(shè)備集成的醫(yī)療檢測功能也越來越多,，而這些功能從專業(yè)醫(yī)療設(shè)備到可穿戴設(shè)備的下沉，也面臨著不小的設(shè)計挑戰(zhàn),。
專業(yè)的醫(yī)療設(shè)備的使用環(huán)境比較穩(wěn)定,，因此更容易獲得準確的模擬數(shù)據(jù)采集。例如在測心電圖的時候要求用戶平躺,、在皮膚上涂抹很多液體,、采用6個電極，以此來提高數(shù)據(jù)獲取的準確性,。但可穿戴的設(shè)備的使用環(huán)境非常多變,，而且受制于外形尺寸的限制，數(shù)據(jù)采集的條件更為復雜,，這樣就為數(shù)據(jù)的捕獲提出了更高的挑戰(zhàn),。以可穿戴手表的光學檢測為例，用戶不同膚色的透光性,、不同的體毛長度,、紋身和傷疤；環(huán)境的空氣干燥程度、光照條件……諸多的變量疊加之后,，數(shù)據(jù)的可靠性獲取是首要的挑戰(zhàn),，其次是在可穿戴的移動設(shè)備上實現(xiàn)準確的算法分析。
ADPD6000：硬件和算法深度耦合
ADPD6000是ADI中國最新推出的多模前端,，可以提供PPG,、ECG和BIA的檢測，針對可穿戴設(shè)備使用條件進行了專門的硬件設(shè)計優(yōu)化,。
據(jù)何源介紹,，ADPD6000可以將環(huán)境中燈光的頻閃、光學傳感器的漏光,、太陽光干擾等靜態(tài)干擾都忽略掉,，同時ADI的光路特征也可以保證采集到的數(shù)據(jù)是可靠穩(wěn)定的。電極測量的部分,，可以有效地完成心電信號的收集,，憑借ADI的專利技術(shù)也可以獲得精準的生物阻抗信號的收集，提供給用戶包括體脂,、基礎(chǔ)代謝率等信息,。
為了克服將醫(yī)療級別的檢測下沉到可穿戴設(shè)備上的挑戰(zhàn)，僅僅有先進的硬件設(shè)計是不夠的,，ADI通過對不同年齡,、性別、體重,、身高等人群數(shù)據(jù)統(tǒng)計,，結(jié)合臨床特征和算法模型深入理解，得到了自己的一套精準的算法方案,，這套方案中包括心率,、血氧飽和度、心理狀態(tài),、血糖等十多項,，已經(jīng)覆蓋了可穿戴終端的產(chǎn)品需求。
以阻抗數(shù)據(jù)誤差把控舉例,，實際的工況下,，鏈路并不對稱，阻抗平衡的問題疊加后,，測量誤差比理想情況下要差很多,，數(shù)據(jù)的準確性無法保證。而通過ADI獨有技術(shù),，幅度誤差能夠被還原到3%以內(nèi),，滿足算法分析的輸入數(shù)據(jù)精準度要求,。
“ADI中國”的核心競爭力
以上的新品全部都是由ADI中國的團隊，從芯片定義開始獨立設(shè)計研發(fā)的,。這些芯片的優(yōu)勢,，不僅僅是硬件層面上的參數(shù)，更多的競爭力來自于ADI對于信號全鏈的知識積累和融合,，對于應(yīng)用層面的深入理解,，結(jié)合硬件設(shè)計上的專利技術(shù)。能夠做出這樣的產(chǎn)品,，和ADI中國的策略密不可分,。中國是半導體廠商最為重視的市場， ADI對于中國市場策略,，與其他廠商有先人一步的區(qū)別,。
據(jù)ADI中國產(chǎn)品事業(yè)部總經(jīng)理趙軼苗分享，ADI中國是單獨成本核算主體,，這在諸多跨國半導體公司里是唯一的存在,。ADI中國去年獲得了兩位數(shù)的營收增長，總收入占到了全球的20%以上,，已經(jīng)和歐洲部分的營收差不多了。
ADI中國的前身可以追溯到2000年,，ADI在中國收購了一家小型公司,。此后成立了中國研發(fā)中心，在2019年成立了中國產(chǎn)品事業(yè)部,。ADI在中國經(jīng)過了20幾年的發(fā)展,，從幾個人到兩百人的團隊，積累了70多項專利,、發(fā)布了6篇以上ISSCC論文,。
中國市場的發(fā)展已經(jīng)實現(xiàn)了從跟隨到引領(lǐng)的變化，很多的創(chuàng)新都是從中國本土向全球進行推動的,。設(shè)立ADI中國產(chǎn)品事業(yè)部是為了專注于中國需求挖掘,，實現(xiàn)本土設(shè)計制造，服務(wù)中國客戶的同時,，結(jié)合了ADI全球的供應(yīng)鏈管理優(yōu)勢,。
目前ADI中國布局了包括BMS、光通信控制芯片,、健康管理芯片和音頻處理芯片幾大類別,，分別推出了獨立研發(fā)的芯片產(chǎn)品。除了上文提到的健康和音頻產(chǎn)品外,，值得一提的是在BMS的業(yè)務(wù)上,，ADI中國在無線BMS,、電池生命鏈價值挖掘、電池精準測量等角度上提供了創(chuàng)新的價值點,，為整個產(chǎn)業(yè)生態(tài)發(fā)展提供了專業(yè)的技術(shù)視角和支持,。
總結(jié)
ADI中國已經(jīng)不僅僅是一家單獨芯片供應(yīng)商的角色：信號鏈上的整合方案、結(jié)合應(yīng)用層面的深入理解,、自研的算法模型,、產(chǎn)品級的設(shè)計支持，這些在一起構(gòu)成了一個完整的服務(wù),，提供給中國和全球的客戶,。此次推出的ADAU1850/60和ADPD6000，相信也會很快在中國市場上產(chǎn)生良好的反響,。
