基于Qualcomm QCC3040双Mic cVc通话降噪+ANC主动降噪TWS Mirroring耳机方案

自从去年Apple Airpods 三代面试以来,ANC降噪功能已经成为高端TWS耳机的标配和卖点,渐渐的可能成为之后TWS耳机的标配功能。之前Qualcomm推出的ANC降噪耳机方案主要是QCC512x系列,这个系列方案价格相比其他家比较昂贵,没有办法争夺中端ANC耳机市场。

2019年下半年,Qualcomm推出高性价比的TWS ANC耳机方案QCC3040,相比之前的QCC512x系列,QCC3040简直就是为中低端ANC市场量身定制的一款方案,它是目前Qualcomm推出来的唯一一款内置Flash的TWS ANC耳机方案,QCC3040内置32Mb Flash,支持1 mic或者2 mic cVc,支持Feedforward、Feedback以及Hybrid ANC。支持单蓝牙地址,支持语音助手激活,同时做到了较小的封装。

下面向大家介绍一下这个方案的详细内容

一、硬件部分

硬件电路图

由于QCC3040内置了32Mb Flash,所以外围电路相对简单,主体部分可以按照datasheet中的参考原理图设计,如下截图。详细细节可以参考附件电路图源文档。

PCB Layout

QCC3040我们建议按照6层板设计,由于芯片封装较小,脚位密集,如果做4层板,将很难保证板子的性能,本方案的6层板各层按照Top-GND-Sig1-Sig2-Power-Bottom(Layer1-Layer6,QCC3040放置在Layer1)

Layer1:

我们这块开发板为了方便后续调试和测试,不需要考虑空间,所以PCB采用单面摆件,我们将所有的元器件都放置在Layer1。

在元器件摆件的时候有以下注意点:

1、关于开关电源

QCC3040内部有两路开关电源,分别提供1.8V(1V8_SMPS)和1.1V(VDD_DIG)两路电源,其中1.8V主要给芯片内部的模拟电路和Flash供电,也可以给外部器件供电。VDD_DIG主要给数字电路供电,两路开关电源都使用4.7uH电感和4.7uF的电容,如下L1、C5和L2、C8。L1需要紧挨着芯片引脚H10放置,L2需要紧挨着芯片引脚J10放置,C5紧挨着L1放置,C8紧挨着L2放置,保证电源回路尽可能小;由于开关电源会带有很多噪声,电源在C5和C8出来后直接紧挨着电容引脚通过过孔引入到内层走线,并且C5和C8的GND焊盘不要与表层铜皮相连,直接通过GND过孔连接到内层GND平面。K9是两路开关电源的公共接地回路引脚,带有较多噪声,所以与之相连的电容C4的GND焊盘也不要与表层铜皮相连,直接通过GND过孔连接到内层GND平面;K6是1V8_SMPS开关电源的接地回路引脚,k4是VDD_DIG开关电源的接地回路引脚,这两个引脚都会带有噪声,与这两个引脚相连的Bypass电容C6和C9要紧挨着芯片引脚放置,并且两颗电容的GND焊盘不要与表层铜皮相连,直接通过GND过孔连接到内层GND平面。如下截图。

2、晶振

晶振需要紧挨着芯片引脚放置,保证晶振的信号线走线尽可能短,晶振信号线两边需要用铜皮包裹,避免干扰到其他信号;晶振的GND焊盘不要与表层铜皮相连,直接在GND焊盘上通过过孔连接到内层GND平面,晶振临近层正下方区域需要保持完整的铜皮,不允许走线。

3、QCC3040 E1和D2引脚是RF LDO电路引脚,需要保证该组电源的干净,实际摆件中,C11和C12需要尽量靠近E1放置;C14、C15、R6需要尽量靠近D2引脚放置,并且这5颗外围期间建议与QCC3040放置在同一层。C11、C12、C14、C15的GND焊盘不要与表层铜皮相连,直接通过在含片上通过GND过孔连接到内层GND平面。

4、RF电路部分

实际客户设计的时候建议在RF线路上增加带通滤波器,否则在认证测试的时候带外干扰项目可能无法通过。本方案因为主要是做开发板设计,不做认证测试,所以RF电路没有增加带通滤波器。

RF走线需要按照50R阻抗控制,走线两边需要用铜皮保护,走线两边需要增加足够多的GND过孔,保证接地回路尽量短。

天线周围需要预留足够大的净空区间,保证天线的发射性能。

5、关于接地

QCC3040共有17个接地引脚,这些接地引脚对应不同的电路模块,比如RF电路、XTAL电路、SMPS电路、Audio电路等等。不同接地引脚会带有不同形式的噪声,在实际Layout过程中,不能将所有或者其中的某些GND引脚在表层连接到一起,然后用公共的GND过孔连接到内层GND平面;而是要将每个GND引脚各自通过独立的过孔连接到内层GND平面。

Layer2:

第二层保持完整的地平面,不走线。

Layer3、Layer4:

第三层和第四层走信号线,需要注意的是关键的信号线要做好隔离保护,并且需要注意临近层之间的互相干扰,关键信号线包含:Mic走线、Speaker信号走线、Flash信号走线以及USB信号走线;其中Speaker和USB建议走差分线。

Layer5:

第五层走电源线,包含VBUS、VBAT、1V8_SMPS、VDD_DIG,各电源线之间需要用铜皮隔离开,防止互相干扰,也要防止干扰到邻近层的信号走线;特别需要注意的是,电源线中1V8_SMPS、VDD_DIG是开关电源走线,带有较大噪声。

Layer6:

第6层走一些剩余的信号线。

二、软件部分

1、软件框架

1)、打开MDE工具,MDE版本:2.4.0.158,点击Open Project

2)、设置宏定义

首先关闭与温度检测有关的宏,在对应宏后面增加x。


软件默认代码有9个按键,实际我们用不到,客户可以根据自己的需求修改成实际使用的按键数量,我们这里默认使用一个按键,所以我们在宏和代码中将按键数量改成1个。

修改蓝牙地址:在dev_cfg→subsys1_config2.htf文件中可以修改蓝牙地址。

校准晶振频偏:在dev_cfg→subsys0_config3.htf文件中可以修改晶振频偏值。

修改蓝牙名称:在dev_cfg→subsys7_config5.htf文件中可以修改蓝牙名称。

配置双Mic cVc:在文件kymera_cofig.h文件如下位置修改配置。

cVc调试参数保存位置:ps_cfg→cvc_config.htf。

ANC调试参数保存位置:ps_cfg→anc_tuning_config.htf。

打开ANC功能:

ANC UI控制部分代码:可以设置ANC打开和关闭,以及存储几组不同ANC参数之间的切换。


场景应用图

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产品实体图

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