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ADI中国本土化成果显著,降噪耳机、可穿戴设备背后都有它的加持

作者:王洁
发布日期:2022-01-19
来源:电子技术应用

“中国各方面的发展日新月异,速度非常快,我们一方面以中国速度快速响应,满足市场的需要;另一方面,ADI中国产品事业部拥有独立的成本核算中心,是众多国外友商中唯一一个半导体企业在中国建立独立成本核算中心的事业部体系。我们以客户为核心坚持创新,高标准、高质量地完成产品,这是我们的核心价值观。” 2022 年 1 月 7 日,ADI在北京举办了一场以“芯的声音”为主题的媒体分享会,ADI中国产品事业部总经理赵轶苗在会上如是说道。

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ADI中国产品事业部总经理赵轶苗(图源:电子技术应用现场拍摄)

改革开放以来,中国的电子产业飞速发展,庞大的市场需求吸引了众多国外半导体企业在国内生根落户,或设厂、或建合资公司,而ADI的本土化之路进行得更加彻底,从研发到生产制造,再到客户支持全部实现本土化。

ADI中国本土化成果几何?

ADI于2019年12月设立了中国产品事业部,2020年12月17日正式成立亚德诺投资有限公司。在中国,从原来的以销售为主体的公司实体转变为拥有产品生产完整开发流程的法人实体,旨在以本地决策和中国速度,响应客户的创新需求。如今ADI中国产品事业部成立两年,亚德诺投资有限公司也已经成立一年,进展如何呢?汽车、通信、工业、健康、消费5条独立产品线,多款倍受欢迎的产品芯片,可谓是成果斐然,充满惊喜。

电池管理芯片方面,有很多头部企业大量使用的18通道的电池管理芯片ADBMS1818,广泛应用在储能和电动车中,还将发布支持16通道的电压测量和1个通道的高精准电流测量ADBMS1816。

光通信控制芯片方面,发布了最新的ADuCM430光模块控制器,这是一款结合全球数据中心的蓬勃发展,针对数据中心内部以及数据中心之间互联的迅猛带宽需求,支持以太网的400G、800G甚至将来1.6T应用的光模块控制器,其特点是小体积、高模拟精度和控制通道数。

健康管理芯片方面,有全本土团队开发的产品ADPD6000,其血氧测量、心率测量、ECG性能、阻抗测量性能都达到业界领先的水平。结合ADI医疗级别IP优化成体积更小、性能更好,可以在智能手表应用,也可以在医疗设备应用的产品。该已经应用到了头部企业的产品中,在国外的一些头部企业中也收获了很好的反响。

音频处理芯片方面,发布了ADAU1860和ADAU1850主动降噪芯片,其ADC、DAC性能和音频处理器性能在前续产品基础上有了大幅度的提升,也得到了很好的反响。

为了健全产品在中国的供应保障,除了利用国际半导体供应链体系,ADI也在积极地跟本土供应链合作伙伴一起建立一套更加完备的供应体系,覆盖制造、封装和测试等环节;为了给客户开发更好的产品,ADI扎根本土生态,从半导体开发到软件、系统层面与客户保持深入沟通,通过定制化的芯片、差异化的设计帮助其产品实现差异化。“ADI中国产品事业部的产品开发速度明显要比国际开发速度更快,同时仍然保持ADI传统DNA,包括高性能的产品、持续的创新,最重要的一点就是在整个体系下仍然保持非常高的质量和可靠性。” 赵轶苗表示。

制造方面,赵轶苗介绍,基于高性能模拟对制造的要求,ADI的多款产品延续了与台积电长期的合作关系,同时ADI正在和国内其他的晶圆制造厂进行深度合作,已经部署了战略性框架,一些产品正在这个框架下进行,适时将会提供完全本土供应链的产品。

降噪技术不能将就

经常采用地铁通勤的人群可能有同样的经历,在收听语音类节目时,为了听清楚内容,通常需要将音量开到80%甚至更高。在低则半小时多则一个半小时的地铁路程中,耳朵可能会承受90%的音量轰炸,长期如此,听力健康必然会受到影响。

如今各品牌耳机厂家也都推出了各自的降噪耳机,实际效果却千差万别,有的耳机可能需要开到70%的音量,有些降噪效果更佳的耳机则只需要开到30%的音量就足以听清楚音频内容。“这是需要有技术积累的,如果降噪效果做不好的话,这种产品就没有意义了。”ADI中国产品事业部高级市场应用经理何源指出。

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ADI中国产品事业部高级市场应用经理何源(图源:电子技术应用现场拍摄)

世卫组织在国际爱耳日的报告显示,听力损失目前影响着全球15亿人,4.3亿人有中/重度的听力损失。未来30年,该数字可能会增加1.5倍以上:会有超过7亿人达到中/重度的听力损失。生活环境的噪声和不良的生活习惯是导致听力损失的主要原因。

另外一项研究显示,在可用助听器的人群中,只有17%的人才真正使用了助听器。原因主要是:助听器价格高昂,效果也并不十分理想,且佩戴之后部分人承受着或多或少的心理压力。

主动降噪技术(ANC)可以帮助我们避免遭受外界的噪音干扰,保证听力健康。

ANC技术的诞生最早就是为了保护听力的,但当时并不是面向普通大众的。1989年ANC技术产品首次被BOSE量产,第一批用户是美国空军飞行员或机场地勤人员,用于保护听力;2000年ANC进入民用市场,走的是高端路线,有些航空公司头等舱会以标配降噪耳机作为卖点,由于价格昂贵,很少有人能够体验到这种技术;2014年,BOSE发布了一款平民化的耳机,将价格拉低,并首次应用数字ANC方案,实现了更精准、更灵活、更智能化,取得了突破性进展,也为此后的发展奠定了基础。

如今,市面上除了有着售价1万多的航空专业耳机,各品牌的消费级耳机也随处可见,降噪技术几乎成了标配,而各家降噪效果各有千秋,底噪、抗干扰、连接稳定性、续航、佩戴舒适度......ANC的挑战层出不如。无奈,降噪的工程也是一门妥协的艺术。然而,如果降噪效果不好,甚至可能损害听力,加上ANC技术又有何意义呢?

在ANC技术上,业内一直存在着很多难以解决的问题。底噪是耳机端本底噪声的简称,包括声学器件、芯片本底噪声,RF/电源/GND串扰,无线耦合杂讯等,如果处理不好,在安静的场景打开降噪时,产生的噪声会比本来的噪声更大,变成增噪;同样还有抗风噪,在户外打开降噪或通透模式以后,风进来后会做一些处理,这些处理做不好的话,噪声也可能会被放大,变得更刺耳;入耳式耳机戴起来不舒服,半入耳耳机又牺牲了降噪,在保持舒适度的情况下做好降噪也是一大挑战;量产效率方面,体现在同一型号耳机的效果却不尽相同,品控做不好也是一大问题。“降噪要做就做漂亮,要么就不做,ADI一直坚持帮助客户做出极致的产品。”何源说道。

ADAU1860 和 ADAU1850应对各种痛点

ADI是最早从事ANC技术的研发企业之一,对降噪芯片模块也有大量行业积累,ADI中国产品事业部继承了这些积累,加上本土化的优势,可以更好地帮助客户解决各种痛点,并实现差异化。ADAU1860 和 ADAU1850 专用ANC分离解决方案就是ADI中国产品事业部独立定义并完成设计开发的重磅产品,能够在保障超低功耗的同时表现强大信号处理能力,带来更丰富的功能选择和听觉体验。

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(图源:ADI公司)

ADAU1850是款超强音质ANC CODEC,具有出色的低功耗、小尺寸和高性能特点,能够以高性价比提供更精确的降噪。芯片尺寸仅2.96mmx1.76mm,DAC可以做到110dB的信噪比,支持单端和差分输入;内置了一个独立的高精度EQ,动态范围和精度可以达到小数点后面54个0,特别适合对调音有很高的要求的场景;高能效的FDSP是降噪核心,保证了降噪效果、功耗和续航的能力。

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ADAU1850框图(图源:ADI公司)

ADAU1860是ADI新一代主动降噪旗舰产品,尺寸是2.9x2.7mm,增加了对数字麦克风接口的输入,3模拟麦(差分/单端)+ 4数字麦;拥有双核DSP,除了FDSP核之外还有一个开放TDSP核,不仅能实现够极致的ANC效果,还可以实现自适应降噪、自适应EQ音效、空间音频等,所有的功能在一颗芯片中就可以实现。

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ADAU1860框图(图源:ADI公司)

对于底噪,通过优秀的ADC和DAC,可在最底层的电噪声上予以解决,灵活的指令集又可以调整优化音频路径,从数字端保证噪声降低;对于风噪,独特/灵活的DSP架构,可自由搭建低功耗、硬件级别的动态检测 + 风噪控制链路,用户可以自己搭建调整逻辑,也可以由ADI帮助实现,由于不需要软件实现,可以做到很好的实时性、低功耗和稳定性;关于半入耳,由于耳朵和耳机可能分开,会导致特征变化,需要动态调整降噪参数,ADI通过软硬件结合的方式,利用硬件指令集的优势做出了一套实时自适应降噪方案,应用此方案的产品今年上半年将会推出市场;对于负压感,长期以来人耳对低频的声音更加适应,ANC降噪把移走低频部分后,变成了人耳不适应的噪声情况,通过在芯片之外耦合已知的声学模型,可以最大程度上达到降噪和改善负压感受,带来既安静又没有负压感的感受;关于切换顺滑度,ADI通过在芯片指令集级别的硬件实现,可以实现无级变速,使变化更加柔和。

何源称ADI可提供一站式解决方案,除了硬件设计和软件工具链,还可以提供ANC通透模式的调试,也可以做音乐的补偿和调音,包括自适应调音、空间音频量产的方案,ADI也在持续投入,开发更多意想不到的功能。

ADAU1850和ADAU1860在2021年都已面市,除了耳机,在其他对声音有要求的场景中,ANC都有很好的用武之地,如汽车内针对一个区域的降噪,还有家居场景中的抽油烟机和空调的降噪等。

助听器接下来可能成为一个市场趋势。2021年10月19日美国FDA发布提案,将建立一个新的OTC助听器类别,目的是让听力损失者更容易获得助听器产品。预计今年上半年法案就会落地,将会对助听器行业产生巨大的影响,耳机厂家从此将可以进入助听器市场。何源表示,ADI也已经看到了这一趋势,与很多助听器厂家保持合作,在声学、电学方面不断打磨,其架构设计非常适合相应的产品落地。

数据+算法,让可穿戴健康监测更加精准

自新冠疫情爆发以来,人们对健康的关注达到了前所未有的高度,养生也呈现出年轻化的趋势。可穿戴设备为人们提供了一种便捷了解自身健康状态的方式,然而我们能放心地把健康交给这个小东西的前提就是首先要保证监测是准确的,包括数据的准确度和算法的有效性。

事实上,对于可穿戴设备,很多人是有所怀疑的。由于体积的限制和人体的活动变化,使得监测准确难以实现,其面临的挑战比在医院监测更具挑战。因为医院的环境非常理想,医院监测时人是静态的,还会涂上降低阻抗液体,时间也很充分,采集的设备、数据、空间都不受限制,这在可穿戴设备上就变成了挑战,皮肤的不同、戴得松紧的不同、空气干燥程度不同等对设备都提出了巨大的挑战。

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(图源:ADI公司)

ADPD6000是目前市面上完善的生命体征监测(VSM)模拟前端解决方案,ECG、PPG和BIA三合一的多模式传感器前端,能够实现心电、血氧、体脂率及情绪等多种生命体征信号的监测,是ADI中国产品事业部独立定义并完成设计开发的重磅产品。

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ADPD6000框图(图源:ADI公司)

PPG光路部分,通过监测血液对光的吸收可测心率、血氧饱和度等参数;覆盖36级肤色,拥有极高的信噪比,保证了信号质量和可测覆盖度;可实现环境光抑制,忽略静态、动态的干扰,只看到生理上的数据,适配更多环境、测试状态。

电极部分心电图可以很大概率上反映心血管疾病状态,而专业级的技术下沉到可穿戴将带来极大的便利,对于干燥的皮肤,很多手表测不到ECG,ADI可以将有效的心电信号收集起来,干电极测试的覆盖度可适配更多应用场景;在测体脂、基础代谢率、模拟减肥等时,阻抗可以提供参考,ADI独有的专利技术可以保证手表测试的阻抗值的精确度。

此外,ADI还深入研究人体模型,采集了不同年龄、性别、体重、身高、胖瘦等人群数据,结合临床特征和对算法模型的深入理解,结合AI,得到了精确的算法方案。在真实情况下误差很大,再加上阻抗平衡的问题,这种情况下测试的数据基本上已经不可信了。通过ADI独有技术,幅度误差能够被还原到3%以内,得到大大改善。经过验证,使用ADI方案的手表实现的效果可与专业级设备相媲美。

何源表示,作为综合实力的体现,除了模拟、数字电路技术,还需要对整个信号链架构有精准的把控,ADI的技术积累保证了整个系统(数据+算法)的性能。

ADI一直在讲本土化,考虑如何切合中国用户的实际需求,除了在产品定义、设计和接下来的封装都完全本土化外,其对产品的命名也是大量地使用了8、6这些中国的吉利数字,这些产品将不仅在中国销售,也会往国外进行销售,这也是ADI提到的双循环的思路。看得出ADI中国事业部在推动ADI在中国的扎根落地上确实做了很多事情,希望未来能带来更多更好的技术,进一步推动整个行业的发展。

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