无线蓝牙耳机的音频市场发展迅速。使用蓝牙(BT)连接的音频设备比以往任何时候都要普遍。人们已经习惯了无线音频系统，手机行业也在向一个没有音频连接器和电缆的世界推进。无线耳机和扬声器的最新趋势是真无线立体声系统(TWS)，由两个独立的单元组成，每个单元在自己的充电仓中充电。这些耳机或扬声器通常通过蓝牙与音源连接，而有些则包含额外的内存来存储音乐。TWS智能设备通常包含集成的主动降噪(ANC)，以消除接收到的音频中不需要的背景噪音，同时将传输的音频流中的干扰降到最低，例如，在语音通话期间。

Fig. 1: TWS earbuds system view

1）什么是真正的无线立体声（TWS）技术？

        真正的无线立体声（TWS）使用蓝牙信号代替电线或电缆来传输声音。TWS不同于现有的无线配件，后者虽然没有物理连接到媒体源，但仍然依靠物理连接来保证两个音频通道共同工作。由于彼此之间没有连接，蓝牙TWS的左右两边耳机可以独立工作。从技术上来说，就是将手机通过蓝牙无线连接到主耳机上。然后主耳机通过蓝牙无线连接与从耳机连接，从而实现了蓝牙耳机左右两个独立通道之间的真正无线蓝牙。

Fig. 2: True Wireless Stereo Bluetooth connections

       真无线技术使用单个（主）耳塞/扬声器与媒体源建立主连接，然后连接到副耳塞/扬声器，建立一个真无线立体声连接。然后，包括L和R通道在内的信息通过主设备发送到主连接，然后L通道通过副连接转发到从设备。这样就给听众带来了身临其境的真无线立体声。

       TWS还有第二种实现方法，即在两个耳塞/扬声器之间同时建立连接。这使得媒体源可以同时连接到两个耳塞/扬声器。然后，耳塞/扬声器内的芯片允许媒体源将L和R通道独立地发送到L和R耳塞/扬声器。这就避免了单个耳塞/扬声器的供电压力，从而延长了电池寿命，提高了连接强度，实现了更清晰的音频体验，以及这么简单的设备连接方式就更不用说了。

       TWS系统的演进还处于起步阶段，但由于市场竞争激烈、发展迅速、客户要求高，很快就会达到高峰。小型化和低功耗将有利于采用标准蓝牙耳机已经熟知的特性和功能，如主动降噪(ANC)、无线充电、心率跟踪或语音启动设备。

       在CES 2020上，蓝牙技术联盟(SIG)近日发布了基于全新蓝牙低功耗新标准--LE Audio，不仅提升了蓝牙的音频性能，还将带来更低的功耗和更高的音质体验，支持多路独立音频传输、广播音频、音频共享，并为助听器提供更强大的应用支持。LE Audio技术依托蓝牙5.2核心规范，采用全新的低复杂度通信编解码器（LC3），提供更高的音质和更低的功耗。LC3解码器将为开发者带来更大的灵活性，让大家在设计产品时更好地平衡音质、功耗和电池寿命等关键属性。

       LE Audio的多流音频使TWS标准双耳传输成为可能。它允许一个单一的音频源设备，如智能手机，同步发送多个独立的音频流传输到一个或多个接收音频设备。通俗点说，多流音频可以让所有真无线耳机拥有双耳传输的体验。智能手机可以在不转发的情况下，将同一传统音频信号同时传输到双耳，从而提高蓝牙耳机的连接稳定性，减少延迟。

       TWS技术有很多优势，完全解放双手，提供完全的音频自由。摆脱线束后，你的生活空间将显得整洁有序。它还提供了与他人共享音乐的全部功能，一次只戴一个耳塞就可以与他人分享音乐。

2)哪种音频编解码IP适用于TWS/ANC音频应用？

       与传统的有线耳机芯片设计相比，TWS耳塞或耳机芯片设计者面临更多的挑战，设计要求更高，内部芯片的设计限制更严格。在设计蓝牙TWS耳塞芯片之前，需要提前考虑以下设计挑战。

-增强和高质量的音频体验，特别是针对嘈杂环境条件的一套环境噪音抑制方案（硬件或软件），以及系统唤醒使用的语音激活功能。

   -极低的功耗，以增加电池寿命。

   -由于印刷电路板空间有限，芯片的硅面积超小，电气元件最少（集成电路封装更小，外部原理图更简单）。

   -竞争激烈的TWS耳塞市场的积极产品设计周期和高上市时间压力。

   -可制造性、可测试性和生产成本（对成本非常敏感）。

   -越来越多的传感器和功能将被添加到TWS产品中（空间有限），心率监测、健身追踪听觉、温度、运动、光线、游戏等，因此信号处理能力非常具有挑战性。

   -材料成本：在成本驱动的TWS耳塞/扬声器市场，降低材料成本（BoM）变得越来越关键。为TWS产品开发选择任何组件的主要因素之一是成本，音频编解码器也不例外，因为消费市场对成本非常敏感。

       使用Dolphin设计的编解码器IP降低BOM成本 

       Dolphin的音频编解码器是专门设计的，以尽量减少BOM成本，从而减少PCB上的空间。麦克风接口支持用于音频录制路径的cap-less麦克风输入。

       耳机差分放大器输出支持cap-less BTL（Bridge Tied Load），以优化BoM成本。

       关于其他的挑战，Dolphin Design在TWS更关键的功能方面也有实践经验和知识。Dolphin设计公司可以为芯片/耳塞制造商提供硅IP，使他们达到高性能并缩短上市时间（参考图3中高亮的部分）。

关于作者

       Hai YU  于2011年获得格勒诺布尔阿尔普斯大学TIMA实验室纳米与微电子工程博士学位，主要研究方向为低成本、高效率容错处理器设计，以缓解纳米技术中的可靠性问题。2012年加入Dolphin Design，现任首席应用工程师，专注于音频和处理IPs平台。

       Clément MOULIN  于2006年毕业于图卢兹视觉电子与信号处理专业。经过8年在NFC领域领先的硬件开发，Clément于2020年加入Dolphin Design，目前担任应用工程师，专注于音频和处理IPs平台。