精準(zhǔn)數(shù)據(jù)捕獲+硬件級算法耦合，ADI中國革新主動(dòng)降噪和可穿戴醫(yī)療應(yīng)用

當(dāng)前可穿戴等消費(fèi)電子設(shè)備功能愈發(fā)復(fù)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(fèi)電子設(shè)備上得以搭載和普及。這些專業(yè)技術(shù)在消費(fèi)端的下沉和普及，面臨著諸多的挑戰(zhàn)。在復(fù)雜多變的環(huán)境里，小體積的設(shè)備上，采集到精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，然后實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理計(jì)算，同時(shí)還要保證消費(fèi)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(dòng)降噪耳機(jī)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(jī)主動(dòng)降噪的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

TWS耳機(jī)已經(jīng)逐漸取代有線耳機(jī)，而無線之后的下一個(gè)產(chǎn)品力，業(yè)界都不約而同地瞄準(zhǔn)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(jìn)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(shí)候大概有8k Hz，以后隨著年齡增長會逐步降低。此外，當(dāng)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(xí)慣也造成了更大范圍聽力損傷。主動(dòng)降噪技術(shù)（ANC）可以幫助我們在嘈雜的環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)更好的聽力保護(hù)。

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(dòng)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(jī)，該技術(shù)在耳機(jī)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(bǔ)償金。2000年時(shí)ANC技術(shù)進(jìn)入民用市場走高端路線，某些航空公司頭等艙還以標(biāo)配降噪耳機(jī)作為其賣點(diǎn)。2014年是一個(gè)重要節(jié)點(diǎn)， 這一年Bose推出了數(shù)字ANC的方案，將主動(dòng)降噪耳機(jī)的價(jià)格拉到了更多人可以接觸到的區(qū)間內(nèi)。而后到了當(dāng)下，降噪技術(shù)已經(jīng)不僅僅局限于大體積的發(fā)燒耳機(jī)型號上，在小體積的TWS耳機(jī)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(jī)千差萬別。對于耳機(jī)廠商而言，在小體積的TWS上實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的降噪體驗(yàn)也面臨著諸多挑戰(zhàn)。

對于系統(tǒng)工程師而言，“降噪”是一個(gè)系統(tǒng)工程，也是一門妥協(xié)的藝術(shù)。來自耳機(jī)內(nèi)聲學(xué)器件、芯片本地噪聲、電源串?dāng)_、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(fēng)噪也不容易處理；半入耳式的降噪要保證實(shí)時(shí)的降噪特性調(diào)整；降噪帶來的負(fù)壓感、爆破音的處理、實(shí)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(jì)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(jì)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(lán)牙芯片上外掛該芯片就可以為TWS耳機(jī)實(shí)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(dá)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(gè)模擬麥克風(fēng)輸入和4個(gè)數(shù)字麥克風(fēng)輸入；高性能的DAC信噪比高達(dá)110dB，在不開noise gating情況下底噪實(shí)測僅為3uV。何源介紹到，ADAU1850內(nèi)置的高精度EQ動(dòng)態(tài)范圍和精度可以達(dá)到小數(shù)點(diǎn)后54個(gè)0，為調(diào)音師提供了風(fēng)格化調(diào)音的硬件基礎(chǔ)。ADAU1860是旗艦機(jī)的主動(dòng)降噪芯片，功耗相比上代降低了30%，在ADAU1850一個(gè) FastDSP的基礎(chǔ)上，額外增加了一個(gè)高性能 Tensilica HiFi DSP核，提供了更強(qiáng)大的DSP算力。

針對上述提到的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，ADI中國在新的芯片上都有相應(yīng)的硬件設(shè)計(jì)來進(jìn)行處理。首先底噪是一個(gè)綜合的噪聲的擬合，來自多個(gè)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??；優(yōu)化的指令集讓用戶可以在調(diào)整ANC的同時(shí)，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(gè)系統(tǒng)底噪上，ADI中國可以幫助客戶做布板布線的設(shè)計(jì)制造，從系統(tǒng)層面上減少干擾產(chǎn)生的底噪。

針對風(fēng)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(fēng)的風(fēng)噪，進(jìn)行動(dòng)態(tài)的調(diào)整。因?yàn)槭怯布墑e的響應(yīng)，因此實(shí)時(shí)性和功耗都有所保證。

針對半入耳式耳機(jī)，ADI中國獨(dú)立研發(fā)出了一套自適應(yīng)的降噪系統(tǒng)。因?yàn)榘肴攵蕉鷻C(jī)與用戶的耳朵之間位置關(guān)系隨時(shí)都在發(fā)生細(xì)微變化，所以需要系統(tǒng)跟隨這些特征參數(shù)的變化，動(dòng)態(tài)地進(jìn)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(fù)壓感的處理，是通過在降噪上添加一個(gè)聲學(xué)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(yàn)。

針對切換順滑度的處理，同樣也是因?yàn)橛布墑e的處理，所以實(shí)時(shí)性響應(yīng)有很好的保證，可以實(shí)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(gè)平滑的感受。

總的來說，ADAU1850/60因?yàn)椴捎昧遂`活可靠的硬件模塊，同時(shí)提供了自研的指令集級別的降噪系統(tǒng)，可以在保證實(shí)時(shí)性的效果同時(shí)，提供非常好的功耗表現(xiàn)。該ANC芯片，并不僅僅是一個(gè)芯片，更是一個(gè)系統(tǒng)級別的主動(dòng)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(jì)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?yàn)椴唤】档纳盍?xí)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(jì)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(zhǔn)確的模擬數(shù)據(jù)采集。例如在測心電圖的時(shí)候要求用戶平躺、在皮膚上涂抹很多液體、采用6個(gè)電極，以此來提高數(shù)據(jù)獲取的準(zhǔn)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(fù)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(xué)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(dòng)設(shè)備上實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)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(jìn)行了專門的硬件設(shè)計(jì)優(yōu)化。

據(jù)何源介紹，ADPD6000可以將環(huán)境中燈光的頻閃、光學(xué)傳感器的漏光、太陽光干擾等靜態(tài)干擾都忽略掉，同時(shí)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(zhǔn)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(jìn)的硬件設(shè)計(jì)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(jì)，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(zhǔn)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(xiàng)，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(shí)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(zhǔn)確性無法保證。而通過ADI獨(dú)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(zhǔn)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(tuán)隊(duì)，從芯片定義開始獨(dú)立設(shè)計(jì)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(jì)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(dǎo)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(dú)成本核算主體，這在諸多跨國半導(dǎo)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(gè)人到兩百人的團(tuán)隊(duì)，積累了70多項(xiàng)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(shí)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(jìn)行推動(dòng)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(shí)現(xiàn)本土設(shè)計(jì)制造，服務(wù)中國客戶的同時(shí)，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(dú)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(jià)值挖掘、電池精準(zhǔn)測量等角度上提供了創(chuàng)新的價(jià)值點(diǎn)，為整個(gè)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(dú)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(jì)支持，這些在一起構(gòu)成了一個(gè)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。