TWS耳機、手環手表的技術挑戰與解決方案

趙延輝 Sophie Mao

近幾年的手機市場增長乏力，而TWS耳機和可穿戴手環、手表等則呈幾何級數增長。雖然智能可穿戴還有很多產品形態，例如頭盔、眼鏡、服裝、運動鞋、戒指等，但中短期看，這些產品的出貨量還遠不及TWS耳機和手環手表類產品，所以TWS耳機和手環手表也是ADI的關注重點。

1 TWS耳機：主動降噪等功能成標配

TWS耳機目前還處于野蠻增長階段，白牌的出貨量達品牌的出貨量2倍以上，關注的功能還主要集中在音頻處理本身上，為此，ADI也是利用在DSP、ADC、DAC等領域的數十年積累，集成信號鏈來助力TWS耳機中至關重要的主動降噪功能，如被國內外市場廣泛采用的低功耗音頻編解碼ADAU1787，就是集成了4通道ADC，2通道DAC以及2個DSP內核。

隨著終端用戶對音頻體驗以及待機時間的要求越來越高，將來TWS產品必將出現分化，分別強調性能以及性價比。這其中ANC（主動噪聲控制）功能由于技術的逐漸成熟，成為TWS耳機的標配。

主動降噪實現的原理其實很簡單，但是ANC TWS耳機在具體實現、量產上卻有不小難度。首先實際的噪聲波形復雜度要大得多，因此實時采集處理以及保證反相噪聲的低延遲性極為重要；在主動降噪開啟期間，平衡TWS耳機電池續航與降噪表現需要考慮；以及隨之而來的TWS耳機體積大小也需要注意；還需要在考慮耳機本質——保證音質的前提下進行ANC方案設計……在多種挑戰下，現階段的主動降噪設計方案往往偏向采用數字處理電路、混合式降噪。這種方案的好處在于能夠實現降噪一致性好，并有相應的調校工具和軟件來輕松實現校準，并能通過調節增益、EQ系數、更新固件等方式優化降噪效果，實現更快、更好的降噪效果。

2 針對TWS耳機的解決方案

ADI最近發布的ANC新一代產品ADAU1860與 ADAU1850便是這種方案下的佼佼者。其中，ADAU1860功耗上相比上代產品降低了30%，并且具備硬件語音喚醒設計，擁有更強的DSP算力，能夠提供豐富ANC選項和功能。ADAU1850相比上款產品擁有極小的芯片面積，超強音質ANC 混合降噪通道和DSP，以更低的成本提供更精確降噪的可能。

3 用耳機、手環手表做生命體征監測

趙延輝表示，待音頻體驗做到極致后，也許會有越來越多的TWS耳機集成生命體征監測的功能。在耳機中做生命體征監測，會有一些天然的優勢。例如，在用光電傳感器測心率、血氧、血壓的時候，如果帶在手腕上，經常會遇到黑皮膚和多毛發的問題，光反射信號很弱，甚至完全沒有；再例如，冬天的時候，尤其在北方，手腕皮膚很干，心電圖（ECG）的采集會碰到干電極的問題，一樣會造成信號失真；再者，手腕的動作復雜，用MEMS傳感器捕捉運動信息，再補償其他傳感器的時候，算法及其復雜，且補償效果很多時候并不理想。而如果在耳機里，所有這些問題都會大大簡化，甚至是迎刃而解。基于這些優勢，相信不久的將來，小小的耳機里就會把它們都集成進去。當然，這也對元器件提出了更高的要求，更小體積和更低功耗是顯而易見的。

在手環和手表類產品里，各種健康監測類功能可以說是琳瑯滿目，運動分析、卡路里消耗、睡眠跟蹤、血氧飽和度、心率和心率變異性監測、心電圖、壓力感知等等已經非常成熟，被廣泛應用在各種不同品牌的手表里。為了尋求差異化競爭，品牌廠商就會推出集成更多健康監測類功能的手環手表，例如體脂分析、情緒追蹤、連續血壓監測等等。這就要求半導體廠商提供更多不同種類的傳感器來實現，而且受體積和功耗的限制，相信不久的將來，各種傳感器的集成度也會越來越高。

4 生命體征監測的解決方案

ADI號稱數據的誕生地，健康監測類傳感器種類非常豐富，而且性能卓越，并在這些領域有持續的戰略投入。例如基于MEMS技術，用于運動捕捉的ADXL362，產品發布近9年，依然擁有業界領先的超低功耗性能；再例如ADI專門用于高精度阻抗測量的模擬前端AD5940和高精度、低功耗片上計量儀ADucM355為身體阻抗分析BIA，皮電活動EDA/GSR等提供了簡單易用、一步到位的解決方案；還有低功耗、單導聯、心電圖ECG模擬前端 （AFE） AD8233，專為滿足新興的健身設備、便攜式/佩戴式監控設備和遠程健康監護設備的ECG信號調理要求而設計。ADPD4100系列產品也是不得不提的ADI針對VSM應用推出的一種多模式傳感器AFE，是可穿戴健康和健身設備中各種電氣和光學傳感器的理想樞紐，適用于心率和心率變異性（HRV）監測、血壓估計、壓力和睡眠跟蹤以及SpO2測量。這種新型多參數VSM AFE的多種工作模式可以容納醫療健康應用中的不同傳感器測量，包括但不限于光電容積脈搏波描記（PPG）、心電圖（ECG）、皮膚電活動（EDA）、身體成分、呼吸、溫度和環境光測量。隨著手環手表類的健康監測功能越來越多，要求傳感器的集成度也會越來越高，而有豐富傳感器研發經驗積累的ADI，相信也可以做到厚積薄發。