基于Realtek RTL8763BFR RWS无线耳机方案

一、Realtek RTL8763Bx系列芯片简介:
台湾Realtek 最近一口气推出了RTL8763B系列(RTL8763BM/BF/BFR/BS/BO)新一代蓝牙5.0 芯片方案已引起业内极大的震动与关注。该系列芯片采用的技术方案有MONO、RWS、STEREO等三种技术的应用方案,其中RWS无线耳机方案主要以RTL8763BFR为主代表,其芯片封装详情如下:

1.  QFN40 5mm X 5mm
RTL8763BF – Stereo headset, dual mic headset
RTL8763BFR – RWS headset
RTL8763BM – Mono headset
(RTL8763BF/BFR supports 8M-bits on chip FLASH memory、RTL8763BM/BMR support 1-bit and 2-bit mode)

2.  QFN48 6mm X 6mm
RTL8763BS – Stereo headset, dual mic headset, 11GPIO counts
(RTL8763BS support 1-bit and 2-bit mode)

3.  BGA 4.5mm X 6mm
RTL8763BO – MCU/DSP SDK with USB audio, local playback, rich peripheral interface and GPIO
(RTL8763BO supports 16Mbits on chip flash memory)

本方案重点在其基本功能基础上介绍RTL8763BFR RWS及Realtek 无线耳机的双咪降噪这一重要的特色功能:

众所周之降噪功能对耳机的作用很重要,一是减少噪音,避免过度放大音量,从而减少对耳朵的损害。二是过滤噪音从而提高音质和通话质量。从技术上来分降噪可分为被动式降噪和主动式降噪。被动式降噪也就是物理降噪,被动式降噪是指利用物理特性将外部噪声与耳朵隔绝开,主要通过耳机的头梁设计得紧一些、耳罩腔体进行声学优化、耳罩内部放上吸声材料……等等来实现耳机的物理隔音。被动降噪对高频率声音(如人声)的隔绝非常有效,一般可使噪声降低大约为15-20dB。而主动式降噪就是采用ANC、ENC、CVC、DSP等降噪技术来实现,其工作原理分别阐述如下:

1、ANC降噪(Active Noise Control,主动降噪)的工作原理是麦克风收集外部的环境噪音,然后系统变换为一个反相的声波加到喇叭端,最终人耳听到的声音是:环境噪音+反相的环境噪音,两种噪音叠加从而实现感官上的噪音降低,受益人是自己。主动降噪根据拾音麦克风位置的不同,还可细分为前馈式主动降噪与反馈式主动降噪。

2、ENC(Environmental Noise Cancellation,环境降噪技术),能有效抑制90%的反向环境噪声,由此降低环境噪声最高可达35dB以上,让游戏玩家可以更加自由的语音沟 通。通过双麦克风阵列,精准计算通话者说话的方位,在保护主方向目标语音的同时,去除环境中的各种干扰噪声。

3、DSP降噪是英文(digital signal processing)的简写。主要是针对高、低频噪声。工作原理是麦克风收集外部环境噪音,然后系统复制一个与外界环境噪音相等的反向声波,将噪音抵消,从而达到更好的降噪效果。DSP降噪的原理和ANC降噪相似。但DSP降噪正反向噪音直接在系统内部相互中和抵消。

4、CVC降噪(Clear Voice Capture)是通话软件降噪技术。主要针对通话过程中产生的回声。通过全双工麦克风消噪软件,提供通话的回声和环境噪音消除功能,是目前蓝牙通话耳机中最先进的降噪技术。比较DSP技术与CVC两种技术的主要区别是:DSP技术(消除外部噪音)主要受益方是耳机使用者本人,而CVC(消除回声)主要使通话的另一方受益。

      综上所述的几种主流降噪技术,RTL8763BFR搭配Realtek ALC5763轻松实现ANC降噪功能,且可达128dB SNR噪声比,我们知道信噪比(SNR or S/N),即放大器的输出信号的功率,与同时输出的噪声功率的比值,常常用分贝数表示。设备的信噪比越高表明它产生的杂音越少。一般来说,信噪比越大,说明混在信号里的噪声越小,声音回放的音质量越高,否则相反。

二、RTL8763BFR RWS 工作原理介绍:
       Realtek RWS蓝牙无线耳机工作原理:和传统无线蓝牙耳机相比,RWS无线蓝牙耳机技术将单个蓝牙装置由一个增添为两个单体耳机,并区分出主耳机和从耳机,从技术上来说是指手机通过连接主耳机,再由主耳机通过蓝牙无线方式连接从耳机,实现真正的蓝牙左右声道无线分离使用。不连接从耳机时,主耳机回到单声道音质。简单来说就是左右声道的耳机组成主从关系,将收到的音源传递给另外一个耳机实现真立体声的效果。 采用Realtek RWS技术能够实现左右耳之间的延迟约在<<3ms,蓝牙无线耳机到手机之间的延时约在<<100ms左右。这将意味着RWS技术能够应用到大部分极端恶劣的干扰环境中。见下图所示:
三、RTL8763BFR RWS 方案实现:
1、硬件设计
A)电源设计
RTL8763BFR RWS芯片支持两种电源输入,一种锂电池(VBAT:2.8-4.5V),一种电源适配器主要给锂电池充电( 4.5V – 6.5V),其充电电流可达 400mA,其芯片内置充电保护功能和外接环境保护检测功能,因此非常适合usb充电方式。芯片内部有两路开关调节器,分别供电1.8V的AVCC/AVCCDRV和1.2V电压的VDDCORE/VD12_SYN/VD12_RF。

B)系统设计
复位电路
为了保证电路的稳定可靠,RTL8763BFR RWS芯片可通过外部的复位开关触发HW_RST_N脚进行复位,通常为了节省成本和空间,该方案仅仅通过外部的充电复位就可以完成系统的正常复位(低电平有效保持低脉冲 > 5ms即可)。

时钟电路

RTL8763BFR RWS芯片有两路时钟源,一种是40M的主时钟源为ARM/BT baseband的正常工作时钟源,不需要外部负载电容,在MP时需要进行校准,为7~9pf。另外一种是RTC时钟源32.768k,通常工作在sleep模式下。
音频电路
音频的输入与输出电路设计,音频输入支持三种方式接入模式(Single end mode、Capless mode、Differential mode),其按照拾音器的不同有四种接入方式(AUX-IN、1-MIC、Dual MIC、Digital MIC),音频输出支持S/PDIF接口。

SPI Flash设计

针对不同的用户需要,RTL8763BFR RWS芯片可外接各种Flash,但尽量使用我们推荐的型号(仅仅 RTL8763BM/BMR/BS):
RTL8763BF/BFR supports 8M-bits on chip FLASH memory
RTL8763BO supports 16Mbits on chip flash memory
RTL8763BM/BMR/BS support 1-bit and 2-bit mode

RF电路设计
RTL8763BO 支持 IQM 和 TPM,RTL8763BM, RTL8763BF, RTL8763BS 仅仅支持 IQM
—RFIO_IQM 支持双模, 最大功率 +10dBm 、接收灵敏度 -94dBm @2M EDR
—RFIO_TPM 是专用于BLE最大功率 +4dBm

天线设计
支持pifa 天线和chip天线、顶针天线,具体的天线设计可以参考Realtek原厂参考设计及推荐厂家(万诚、华新科等等)

外设引脚设计
—GPIO(可配置高达32 GPIOs)
—Timer 可配置PWM function
— I2C支持master/slave模式
—SPI支持master / slave模式
—UART(高速串口最大速率达4M)
—GDMA可配置达8 channel数量且支持Single & multi访问技术
—ADC(8-channel /12-bit ADC)
—Keyscan(可达12x20的最大矩阵)
— 支持Q-decoder
— 支持IR接收
—支持SD host兼容SD 2.0
—支持大容量USB传输

其他特色功能:
NFC设计

还支持NFC与外部NFC设备的开放接口,NFC芯片的FD输出可以作为中断和触发进一步的动作,从而设计多种差异化的产品功能。
滑动开关设计功能
通过设置RTL8763BFR RWS芯片的GPIO,定义为滑动开关功能便可实现“轻松一划”,从而开关机器的主电源开关,实现开关机器。

2、软件设计
RTL8763BFR RWS芯片软件设计,采用一站式的“傻瓜式”设计技术,让所有的客户轻松构建自己的RWS无线耳机系统,主要的软件设计为以下:
A)MCU 配置
MCU配置工具主要是针对系统控制方面,通过配置工具能够产生.SCF和.APF文件,其中.SCF文件为系统配置文件,.APF文件为音频应用参数设置文件,其主要的目的是:为每个客户设计生成定制的配置文件和自定义操作任何源代码的目的,这些操作全部通过APP UI工具来实现的。这些工具是通过特别授权的账号可供客户下载。

B)DSP配置
DSP配置工具主要是针对音频方面的配置,其中主要包括有以下内容:
—声音处理:1-mic/2-mic NR(降噪)、AEC(声回波消除)/ AES(声回波抑制)、MB-AGC(多波段自动增益控制)、高通滤波器(高通滤波器)、发送端EQ配置、DAC / ADC设置
—音频的A2DP /输出处理:支持音频处理功能、MB-AGC、音频扩大、参数EQ、发送端EQ配置、音频传递函数、模式配置、允许开发人员以任何想要的顺序排列声音效果。
—无线DSP控制:Bluetooth 链路配置
—外围硬件控制:主要定义I2S接口、模拟解码接口等等
—SDK开发接口配置:随客户要求自定制可配置成语音和音频接口

3、产测工具介绍
要实现快速的量产,不仅仅要考虑到研发的时效性,还需要考虑产线在生产的快捷、便利、高效,Realtek 堪称业内一流的速度为RTL8763BFR RWS芯片提供了一篮子的快速解决方案,不仅仅提供完整的参考设计资料,还有一系列的产测工具,主要分为两个组成部分(软件和硬件治具):RealtekBTMPTool、Realtek MP Fixture(参见下图)


场景应用图

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产品实体图

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