減小便攜式設(shè)備中電子器件尺寸和功耗的需求對(duì)元件制造商營造了嚴(yán)苛的要求。更小的可穿戴產(chǎn)品日益增長的趨勢(shì)和普及化將這挑戰(zhàn)提升到更高水平。
錄音和音頻播放是可穿戴和小型便攜式電子設(shè)備中常見的兩個(gè)特性 – 智能手機(jī)和藍(lán)牙耳機(jī)是兩個(gè)最好的例子。在這些應(yīng)用中，需要實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)、先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理(DSP)算法，同時(shí)要求使用最少的電和元件數(shù)，同時(shí)終端產(chǎn)品符合人體工程學(xué)和美學(xué)，且性能上不受影響。
本文著眼于音頻處理領(lǐng)域最新的集成硬件和軟件方案如何幫助推動(dòng)創(chuàng)新的和高性能的便攜式及可穿戴應(yīng)用的發(fā)展。
可穿戴設(shè)備 – 一個(gè)新的市場(chǎng)類別，幾年前幾乎不存在，最近已搶占新聞?lì)^條。它包括任何可穿戴的物品 – 眼鏡、服裝、鞋類、手表、手環(huán)等等。該領(lǐng)域由“新穎”所推動(dòng) –無需安裝基礎(chǔ)，所以每個(gè)看到這些“常用隨身配件”的好處的人都可以購買 – 市場(chǎng)不僅僅局限于人類，也有寵物用的可穿戴設(shè)備。
鑒于市場(chǎng)太新，極快速增長不足為奇。據(jù)International Data Corporation (www.idc.com) 研究，2015年付運(yùn)量為8000萬臺(tái)。IDC預(yù)測(cè)2016年增長將超過40%，付運(yùn)量達(dá)到1.111億臺(tái)，展望未來，預(yù)計(jì)可穿戴市場(chǎng)將保持28%的年復(fù)合增長率(CAGR),到2019年約付運(yùn)2.15億臺(tái)設(shè)備。
除了這快速增長，我們正看到快速發(fā)展。這由許多因素推動(dòng) – 新的初創(chuàng)公司競(jìng)相引進(jìn)新的設(shè)備以參與市場(chǎng)，更多發(fā)展成熟的公司力求強(qiáng)化他們的設(shè)計(jì)，增添更多的功能或減小尺寸或兼而有之。事實(shí)上，某些設(shè)備在市場(chǎng)空間中處于它們的第二或第三次迭代，這創(chuàng)新只是強(qiáng)調(diào)我們正見證的快速發(fā)展。
與任何市場(chǎng)一樣，消費(fèi)者的需求向制造商和設(shè)計(jì)人員造成壓力，以更好性能、更小尺寸和更低成本的產(chǎn)品。在可穿戴市場(chǎng)，成功的關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)包括連接性、功能、尺寸和電池充電時(shí)間。
可穿戴設(shè)備供應(yīng)商面臨的主要挑戰(zhàn)之一是“粘性”。對(duì)更早的設(shè)備，通常是一旦失去新穎的價(jià)值，就被送進(jìn)抽屜，不再吸引使用者。為解決這問題，制造商必須不斷推進(jìn)關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)以開發(fā)設(shè)備，使其不被淘汰。
看智能手機(jī)市場(chǎng)的演進(jìn)，我們可證實(shí)這點(diǎn)。早期的移動(dòng)電話只適合安裝在車內(nèi)，接著它們演變至放入公文包，然后到口袋，現(xiàn)在您可將一臺(tái)完全成熟的智能手機(jī)戴在您的手腕上。一直以來，尺寸在縮減，電池使用時(shí)間在延長，功能在升級(jí)，才有我們今天的先進(jìn)設(shè)備，這些設(shè)備現(xiàn)已成為我們忠實(shí)的伴侶。
可穿戴市場(chǎng)已發(fā)展了很長時(shí)間，但它將繼續(xù)遵循類似的軌跡，設(shè)備變得更小、更智能和更省電，直到我們實(shí)現(xiàn)可穿戴設(shè)備完全集成到我們的日常生活中。
不出意料，其中的一些關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)開始在相反的方向引導(dǎo)我們。更強(qiáng)大的功能使我們朝向具有更多記憶要求、更多傳感器的更精密的軟件方向邁進(jìn)，這要求空間和電源來運(yùn)行，更直觀的用戶接口需要更多的按鈕和更多的空間。這些類似的挑戰(zhàn)見諸于許多技術(shù)領(lǐng)域，但沒有比可穿戴市場(chǎng)更集中的了。
市場(chǎng)上現(xiàn)有約1平方毫米的麥克風(fēng)，無論指令集多大，尺寸都保持不變。當(dāng)加上低功耗，高功能的數(shù)字信號(hào)處理(DSP)方案變得非常有吸引力。
安森美半導(dǎo)體的LC823450低功耗、高分辨率音頻處理系統(tǒng)可作為有利的音頻技術(shù)，用于微型可穿戴設(shè)備中的先進(jìn)錄音和播放?；陔p核ARM® Cortex®-M3處理器和一個(gè)專有的32位DSP核，該系統(tǒng)級(jí)芯片(SoC)結(jié)合1656KB的SRAM和支持高分辨率(32位)/192kHz音頻處理。

圖1：LC823450低功耗、高分辨率音頻處理系統(tǒng)框圖

超低功耗在采用兩節(jié)AAA電池時(shí)提供超過120小時(shí)的音頻播放時(shí)間，約是競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品可提供的播放時(shí)間的1.7倍。

圖2：LC823450比其它大規(guī)模集成電路(LSI)延長70%的播放時(shí)間

XA和XB版本的微小占位面積(僅5.52mm x 5.33mm)比替代方案小得多(50%)，尤其是在考慮一些其它方案無法提供的板載SDRAM時(shí)。

圖3：LC823450提供極其適用于移動(dòng)設(shè)備尤其是可穿戴設(shè)備的特性

先進(jìn)的DSP算法包括用于麥克風(fēng)的噪聲消除和管理低頻的“S-Live”(低頻智能虛擬勵(lì)磁)，以為用戶提供更大揚(yáng)聲器的聽覺享受。噪聲消除和“S-Live”只是可為設(shè)計(jì)人員提供的大量供選擇的免除專利使用費(fèi)和免授權(quán)費(fèi)的DSP代碼程序庫的兩個(gè)例子，以加速軟件設(shè)計(jì)和最大程度地降低開發(fā)成本。
可穿戴市場(chǎng)將成為“下一熱點(diǎn)”，但方案必須在性能和外形方面有足夠的吸引力，以說服消費(fèi)者購買。有些功能是新的，更多則是舊有功能，但在所有情況下，它們被放在較小的空間，并受限于功率要求。
如果終端產(chǎn)品中沒有這些創(chuàng)新的功能和特性，可穿戴市場(chǎng)不會(huì)充分發(fā)揮其全部潛力，若沒有如這先進(jìn)的DSP的創(chuàng)新、突破性的方案，必備的功能和特性將不足以引人注目。這樣的突破技術(shù)才能真正推動(dòng)穿戴式市場(chǎng)。