基于炬芯(Actions) ATS3019+Vesper VA1200的TWS骨傳導(dǎo)藍(lán)牙耳機(jī)方案

我們是如何聽到聲音的呢？一種是通過空氣傳播的方式，聲音震動耳膜觸發(fā)聽覺；還有一種骨傳導(dǎo)的方式，通過頭骨將聲音傳至聽覺神經(jīng)。音樂家貝多芬在失聰后用牙齒咬著一根木棍抵住鋼琴，聲音通過木棍和骨傳導(dǎo)的方式傳至聽覺神經(jīng)，從而獲得聲音。在日常生活中也會經(jīng)常體驗到這一傳音方式，比如在吃東西時的咀嚼聲、喝水聲等。近幾年，隨著藍(lán)牙耳機(jī)的發(fā)展，骨傳導(dǎo)技術(shù)也被運(yùn)用到了其中。蘋果AirPods系列、華為FreeBuds 3、漫步者DreamPods為代表的骨傳導(dǎo)通話降噪耳機(jī)。通過將使用者發(fā)出的聲音通過骨傳的方式收集，實現(xiàn)避免外界聲音干擾，使通話更清晰的效果。

基于炬芯(Actions) ATS3019+Vesper VA1200的TWS骨傳導(dǎo)藍(lán)牙耳機(jī)方案，這個方案最主要的特點是搭載骨傳導(dǎo)通話降噪技術(shù)，實時分離人聲和環(huán)境噪音。并且通過骨振動傳導(dǎo)佩戴人的語音信號，結(jié)合AI人聲提取，智能識別說話狀態(tài)，無論身處怎樣的環(huán)境，都能讓你的聲音不帶任何雜音的傳到對方的耳朵里，有效隔絕周圍人聲和環(huán)境噪音，大幅度提升通話的清晰度和隱秘性。

ATC3019主控芯片來自Actions炬芯科技，炬芯新一代藍(lán)牙耳機(jī)芯片ATS301X系列擁有藍(lán)牙5.0雙模配置，發(fā)射功率最高達(dá)10dBm，接收靈敏度-95dBm，有效地提升了音頻連接的穩(wěn)定性。在常規(guī)音頻播放的情況下空載功耗能夠低至5.xmA，同時支持低延時模式，藍(lán)牙音頻信號延時低至40ms。

炬芯ATS301X系列部分技術(shù)規(guī)格

VA1200是世界上第一個壓電MEMS語音加速度計，VA1200可用于拾取佩戴者的通過骨骼傳導(dǎo)自己的聲音。使用VA1200語音加速度計與標(biāo)準(zhǔn)麥克風(fēng)配合使用， 最終產(chǎn)品可以實現(xiàn)出色的背景音和風(fēng)噪聲的減少。VA1200具有2.9毫米X 2.76毫米X 0.9毫米的超小尺寸封裝，兼容回流焊，無靈敏度降解。具備防塵和防潮，可以在環(huán)境惡劣的環(huán)境中運(yùn)行 。

硬件項目開發(fā)方面

原理圖設(shè)計總體原則：

1． 原理圖設(shè)計需按照方案規(guī)格的要求實現(xiàn)各項硬件功能，盡量避免功能模塊相互間的資源沖突。

2． 原理圖設(shè)計要求性能達(dá)到要求。如穩(wěn)定性，啟動電壓，功耗， ESD， EMI 等。要注意檢查模塊電源開關(guān)狀態(tài)，選擇的元件標(biāo)稱及精度、材質(zhì)，接口保護(hù)元件和 EMI 濾波器等。

3． 系統(tǒng)時鐘為 24MHZ，一般選取 CL 為 8PF 左右（范圍為 8～10pF）， 精度為±10PPM，溫度頻偏±10PPM。 這樣才能保證系統(tǒng)能正常工作。晶體參考廠家選擇見關(guān)鍵性物料晶體部分說明。
GPIO8 由于靠近晶體，不能用于 PWM 輸出， 不能用于產(chǎn)生頻繁翻轉(zhuǎn)的信號輸出，只能用于簡單輸入檢測端或輸出端固定高低電平控制。

4． 如果存在 I/O 復(fù)用，接口復(fù)用等情況，需注意檢查 I/O 上電狀態(tài)，接口時序等，確保功能設(shè)計正確實現(xiàn)。

PCB 設(shè)計總體說明：

1． PCB 設(shè)計推薦四層板。地線的銅箔盡量大且完整，使用地線將高速信號包住，或者通過地線將敏感信號和干擾源隔離開。

2． PCB 不做分地處理。

3． 元件布局盡量將敏感元件放在 PCB 中間，如主控，晶體等。布局優(yōu)先順序按照主控、RF 電路、晶振、 PMU 濾波電容。 還有音頻的連接點要盡可能遠(yuǎn)離天線。 喇叭及其接線焊盤需要盡量遠(yuǎn)離天線

4． ATS301X 上的 EPAD，需要均勻多打地孔

5． IO 口的控制線、時鐘線和數(shù)字信號走線，一般走 5～6mil，模擬的音頻線一般走 6~8mil。對于電源走線，可根據(jù)電流的大小來決定，一般會在 10～20 mil 之間。

6． 整個 PCB 的地平面要完整、連通。如器件過多或板子面積小，盡量保證有器件底下就是地， 整并多打地孔。 ESD 器件到電池地有一塊完整連通的地平面。 注：所有 PCB 走線， 最好能設(shè)計成微帶線。

7． 晶體放置盡可能不要太靠近 IC（最好有 3mm 的間距） 和天線（越遠(yuǎn)越好）， 就是不要靠近 TRX 網(wǎng)絡(luò)（IC 32pin） 放置。晶體要靠近 IC 放置。但是，其接地點要遠(yuǎn)離 IC 端。 并且，必須遠(yuǎn)離天線。

在方案開發(fā)過程中，發(fā)現(xiàn)藍(lán)牙耦合問題，會影響骨傳導(dǎo)傳播信號，通過增加15pF射頻噪聲濾波器，增加400歐姆差動設(shè)計，有助于解決射頻噪聲問題。

項目軟件開發(fā)方面

客戶工程師拿到軟件發(fā)布包之后，可以按照如下流程開發(fā)自己的耳機(jī)產(chǎn)品。 對于配置項，下面只是簡單描述，如果需要詳細(xì)了解，可以聯(lián)系相關(guān)FAE。 此外，開發(fā)的時候可以不限于這些配置， 還可以根據(jù)方案需求的不同，修改應(yīng)用層的代碼， 進(jìn)行更深入的配置和開發(fā)，下面介紹一下主要的簡單版開發(fā)流程。

1、購買下載器件

我們支持兩種升級方式，分別是串口升級和無線升級，如果是串口升級，則需要準(zhǔn)備串口線，可以使用網(wǎng)購的串口線， 但是為了提高生產(chǎn)效率，串口速度最高會提到 3M bps，所以需要 選擇質(zhì)量更好的串口線。如果是無線升級，則需要購買支持 SPP 服務(wù)的 Dongle，或者使用支持無線藍(lán)牙的筆記本。

2、安裝配置工具

在發(fā)布包的 Tools 目錄下，打開 CONFIG 目錄，雙擊 setup.exe 即可安裝。 配置工具主要有三個區(qū)，如下圖所示，其中“配置項顯示區(qū)”包含了所有的配置項，點擊某個配置項，就會在“配置區(qū)”顯示這個配置項的內(nèi)容并可以進(jìn)行配置和編輯，工具欄區(qū)主要包含一些常規(guī)的操作，比如“打開固件”、“保存固件”、“導(dǎo)入配置”、“導(dǎo)出配置”、“下載固件”、“串口選擇”、“OTA 使能”、“藍(lán)牙列表搜索界面”等等。

其中，針對工具欄區(qū)的每個圖標(biāo)的作用，解釋如下：

圖標(biāo) 1：打開固件、圖標(biāo) 2：保存固件、圖標(biāo) 3：導(dǎo)入配置 bin 文件、圖標(biāo) 4：導(dǎo)出配置 bin 文件、圖標(biāo) 5：下載固件、圖標(biāo) 6： 選擇串口、圖標(biāo) 7：使能 OTA 下載功能、圖標(biāo) 8：藍(lán)牙設(shè)備搜索列表（使能 OTA 之后才有效）、圖標(biāo) 9：啟動藍(lán)牙設(shè)備搜索（使能 OTA 之后才有效）、圖標(biāo) 10：獲取固件版本號（使能 OTA 之后才有效）。

3、 打開標(biāo)準(zhǔn)固件

打開配置工具后，會提示選擇固件，然后選擇發(fā)布包的 Firmware 目錄下 US301A.FW。 或者打開 Firmware 目錄下的 user 開發(fā)包編譯鏈接生成的固件亦可。

4、配置固件功能

在配置工具左側(cè)欄有很多配置項，開發(fā)者可以針對自己產(chǎn)品的需求對固件功能進(jìn)行配置，基于標(biāo)案的功能上，一般需要配置版本信息，藍(lán)牙名稱和地址， 按鍵及其功能映射， LED，充電參數(shù)，語音和提示音等，配置好之后可以直接下載。

5、 調(diào)試聲音效果

點擊左側(cè)欄“音效調(diào)節(jié)”，客戶調(diào)節(jié)藍(lán)牙音樂音效、藍(lán)牙通話輸出音效、藍(lán)牙通話 MIC 音效，由于用料不同，不同耳機(jī)的喇叭音色也不一樣，客戶可以通過 EQ 等參數(shù)的調(diào)節(jié)，讓聲音變得更好聽。

音效調(diào)節(jié)界面

通話調(diào)節(jié)界面

6、燒錄固件測試

配置好之后可以進(jìn)行固件升級，升級方式可以使用串口升級或者 Dongle 升級，具體的操作可以參考“串口升級和無線升級” 這個章節(jié)的介紹。 燒錄完成之后可以進(jìn)行簡單功能測試，確保固件升級成功，測試內(nèi)容可以包括藍(lán)牙名稱、藍(lán)牙播歌和通話、低功耗、音效和降噪等。

如果客戶方案需求不同，需要修改應(yīng)用層的代碼， 進(jìn)行更深入的配置和開發(fā)，需要安裝cygwin 平臺來編譯SDK，可以參考下面方案鏈接的軟件開發(fā)環(huán)境搭建部分：

基于炬芯(Actions) ATS2819的TWS藍(lán)牙音箱方案

如果是第一次使用 sdk，則在 cygwin 中 cd 到 user 目錄執(zhí)行 make clean;make 即可進(jìn)行編譯鏈接，如果不是第一次使用 sdk，則 cd 到 user 目錄執(zhí)行 make 即可。執(zhí)行命令之后會同時在 userfwpkg 目錄下生成固件，固件的名稱為 US301A.FW。參考下面博文：

炬芯（Actions）TWS ATS301X 之應(yīng)用代碼開發(fā)指南

? 場景應(yīng)用圖

? 產(chǎn)品實體圖

? 展示版照片

? 方案方塊圖

? VesperTWS示例算法框圖

? TWS音頻輸入系統(tǒng)框圖

? 核心技術(shù)優(yōu)勢

ATS3019芯片優(yōu)勢：

1.通過配置工具進(jìn)行方案開發(fā)，無需寫代碼（定制化功能可以自行修改代碼）；

 2.支持藍(lán)牙 5.0 協(xié)議棧、 HFP V1.7， A2DP V1.3， AVRCP V1.6， HID V1.0 等 Profile；

3.BLE 廣播及其相關(guān)功能、雙手機(jī)連接和 TWS 組隊、 TWS 場景藍(lán)牙無主從設(shè)計、 TWS 雙耳播歌（sbc）、 TWS 雙耳通話（cvsd）、 HID 拍照控制等應(yīng)用場景；

4.播報來電號碼和來電鈴聲、三方通話、末號回?fù)堋?通話靜音、 SIRI 等功能；通話 PLC、 AEC、 AGC、 ANS、 CNG 等算法調(diào)節(jié)；

 5.支持電量上報和音量同步、播歌通話等場景的音效調(diào)節(jié)， 14 段 PEQ、限幅和預(yù)衰減；

VA1200芯片優(yōu)勢：

1. 提供出色的背景音、風(fēng)噪的抑制；

2. 小尺寸 – 2.9mm x 2.76 mm x 0.9mm；

3. 單端模擬輸出 ；

4. 用于用戶語音拾取的高頻帶寬；

5.針對TWS耳機(jī)很好的兼容性：非常合適的尺寸、功率、性能和成本。 整體方案優(yōu)勢： 具備良好性價比的主控平臺以及骨聲紋通話降噪技術(shù)，使整體方案具備良好性價比并且通話質(zhì)量優(yōu)于市面大部分耳機(jī)方案。

? 方案規(guī)格

一、ATS3019 芯片規(guī)格:

1. QFN32 封裝， 4*4*0.75mm， Pitch 0.4mm；

2. 32 bit RISC， 主頻 200Mhz；

3. 支持 V5.0，兼容藍(lán)牙 V4.2/V4.0 LE/V3.0/V2.1 +EDR Systems；

4. 內(nèi)置 ROM、 8Mbits SPI Flash 以及 216K bytes RAM；

5. 通信接口： SPI*2, UART*2, I2C*2；

6. 音頻輸出： 16bit 雙聲道立體聲， 18 mW PA，可選差分或單端輸出， I2S TX；音頻輸入：支持雙 MIC 和 AUX；

7. PIN 資源： 9 路 GPIO， 5 路 PWM， 4 路 LRADC；集成電源管理，支持鋰電池和 DC5V 供電， 10ma~300ma 充電電流可選。

二、VA1200芯片規(guī)格:

1. 尺寸: 2.90 X 2.75 X 0.9 mm；

2. 電流消耗: 150uA；

3. 帶寬:   2.4 kHz；

4. 共振頻率 : 3 kHz；

5. 所有軸機(jī)械穩(wěn)定性都是10kgee。